Recycling-Carbon stützt neue Technologien
Kohlenstofffaserverstärkte Verbundwerkstoffe – kurz CFK oder Carbon – sind der Stoff aus dem die Leichtbauträume gemacht sind. Allein: Das „schwarze Gold“ ist kostbar. Trotz der geringen Verfügbarkeit landen zwischen 10 % und 30 % der Weltjahresproduktion im Schrottcontainer. Effizientes Recycling soll nun die Materialkosten senken.
Aus modernem Leichtbau nicht mehr wegzudenken: Carbon.
Foto: EADS
Wenn ein Automobilhersteller eine Stellenbeschreibung einmal nicht für den Ingenieurnachwuchs, sondern für einen Konstruktionswerkstoff verfassen sollte, was wäre ihm wichtig? Leicht müsste der Bewerber sein und fest. Korrosionsbeständig zudem und unermüdlich.
Kohlenfaserverstärkte Verbundwerkstoffe, kurz CFK oder Carbon im Ingenieursprech, erfüllen all diese Kriterien mit Leichtigkeit. Dennoch entscheidet sich der Automobilhersteller häufig gegen den Verbundwerkstoff – CFK ist zu teuer. Kilopreise zwischen 25 € und 30 € bei der Carbonfaser will die Autoindustrie schlicht nicht zahlen.
Obwohl das „schwarze Gold“ teuer und knapp ist, wird das Primärmaterial nicht optimal genutzt. Mit 10 % bis 30 % Produktionsabfall, „eher aber 30 %“, rechnet Tim Rademacker, Geschäftsführer bei CFK Valley Stade Recycling in Wischhafen. Er leitet die großindustrielle Recyclinganlage für Carbonmaterialien – eine von wenigen in Europa. Den europäischen Abfallstrom beziffert er mit jährlich 3000 t.
Effektives Recycling ließe den Carbon-Preis sinken
Für seine Branche sieht Rademacker enorme Potenziale, denn das Recycling ist eine Stellschraube, mit der sich der Carbon-Preis steil nach unten drehen ließe. „Die Weltjahresproduktion von derzeit 40 000 t Carbonfaser wird bis 2015 voraussichtlich auf 65 000 t anwachsen“, sagt der Recyclingexperte.
Die Aufbereiter bedienen einen wachsenden Markt. Denn mit der Zeit gesellen sich zu den klassischen Produktionsabfällen – wie Verschnitt und Fehlchargen – auch immer mehr End-of-life-Teile, also Bauteile, die am Ende ihres Lebenszyklus abgelegt werden. Vor allem Flugzeugbetreiber, aber zunehmend auch die Automobil- und Windindustrie liefern solches Material.
Zudem verordnen Bundes- und Europapolitiker den Unternehmen Recyclingquoten, die es einzuhalten gilt. „Die Automobilindustrie muss 85 % Recyclingquote erfüllen, ab 2013 sogar 95 %“, sagt Rademacker. Hier seien solche Recyclingunternehmen im Vorteil, die nach Entsorgungsrichtlinie zertifiziert sind.
Der gesamte Aufbereitungsprozess ist technikintensiv, angefangen beim Transport des Carbonschrotts in die Recyclinganlage. „Mit einer hohen Packungsdichte wird sichergestellt, dass wenig Luft umhergefahren wird“, erläutert Rademacker.
Im Wischhafener Werk trennen die Recycler das CFK-Material in einem ersten Schritt von Fremdstoffen und zerkleinern es anschließend in einem Schredder. Danach sortieren sie die CFK-Materialien nach ihrem Harzgehalt.
Schließlich gelangt das CFK-Material in das Herzstück der Anlage – den Pyrolyseofen. Hier verbrennt das Material bei Temperaturen von rund 1000 °C unter Ausschluss von Sauerstoff. „Alle Komponenten außer der reinen Kohlenstofffaser – etwa Harze und Lacke – verlassen den Prozess als Pyrolysegase und durchlaufen anschließend eine thermische Nachbearbeitung“, erklärt Rademacker. „Dort verbrennen die Gase bei höheren Temperaturen exotherm.“ Die daraus entstehende Wärmeenergie – etwa 36 MJ – werde dem Pyrolyseprozess zugeführt. Auf diese Weise werde die Matrix der Verbundwerkstoffe thermisch verwertet.
Ein Betriebsgeheimnis machen die Aufbereiter daraus, wie sie die Prozessparameter genau einstellen. Rademacker spricht von einer Wissenschaft für sich: „Je nach Harzgehalt passen wir unsere Parameter an, wie ein Koch sein Rezept.“ Steuerbare Parameter sind etwa die Temperaturen, die Behandlungsdauer und die Zusammensetzung der Atmosphäre. Voraussetzung dafür ist, dass die Zulieferer die Recycler detailliert über ihre Anlieferung informieren.
„Die recycelte Faser ist genauso gut wie eine neue Faser”
Das Produkt des Prozesses ist eine reine Kohlenstofffaser – auf Kundenwunsch beschichtet. Ihr Durchmesser ist derselbe wie der der angelieferten „Schrott“-Faser. „Die recycelte Faser ist genauso gut wie eine neue Faser. Es gibt keine Qualitätseinbußen“, sagt Rademacker.
Für Strukturbauteile eignet sich das Produkt laut dem Recyclingexperten dennoch nicht. Eine Neufaser aus der Endlosherstellung sei bei den Anwendern das Material der Wahl. Die Faser aus dem Wischhafener Werk hingegen ist höchstens so lang wie die Faser vor dem Recycling.
Die Wiederaufbereiter stellen daraus Vliese her, also textile Strukturen. „Wir sehen“, erläutert Rademacker „die Vliese als Lagenvermittler in Strukturbauteilen, also immer in Kombination mit weiteren Materialien. Sie sollen die einzelnen Lagen miteinander verfestigen.“ Er hofft, damit bald einen Massenmarkt zu bedienen. Dafür spreche, dass die Vliese deutlich günstiger seien als vergleichbare Strukturteile.
Zu den Abnehmern zählt Rademacker bislang zuvorderst Compoundeure und First-Tier-Automobilzulieferer. Insbesondere Hersteller von Interieurs, etwa für die Automobilindustrie, sollen ihnen nachfolgen.
Geschreddertes Carbon leitet Wärme und Strom besser
Neben dem Vlies bieten die Recycler noch ein zweites Produkt an: ein Mehl aus Fasern mit Faserlängen von 0,1 mm. Als Füllstoff verbessert das geschredderte Carbonmaterial die elektrische und Wärmeleitfähigkeit.
Bislang arbeitet das Recyclingwerk mit einer Kapazität von 1000 t jährlich. Rademacker und sein Team haben Neuland betreten und sich nach eigenen Angaben einen Technologievorsprung erworben. Die Branche im Allgemeinen kann kaum von einem Techniktransfer von der Aufbereitung anderer Verbundmaterialien profitieren. Bei einem Kilopreis von 1,50 € für Glasfaser etwa ist das Recycling nicht lukrativ.
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