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Studium & Wissenschaft Recycling statt letzter Ruhe
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05:48 02.05.2016
Flugzeugfriedhof der Air Force in Tucson im US-Bundesstaat Arizona.. Quelle: AFP
Potsdam

Manchmal erstrecken sie sich über eine Größe von mehr als 1000 Fußballfeldern mitten in entlegenen Wüsten der USA und dienen als letzte Ruhestätte für ausgediente Flieger. Solche Flugzeugfriedhöfe als Sondermüllhalden zu bezeichnen, wäre sicherlich nicht falsch. Oft sind es auch die verwendeten Materialien, die stillgelegte Maschinen derzeit quasi zu Mahnmalen nicht wiederverwertbaren Abfalls machen. Potsdamer Forscher könnten nun zumindest für einige Bauteile Abhilfe schaffen. Wissenschaftler vom Teltower Forschungsbereich Pyco des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung in Potsdam (IAP) haben ein Verfahren zur nachhaltigen Reparatur und zum Recycling carbonfaserverstärkter Hochleistungskunststoffe (CFK) entwickelt.

Die durch Carbon- oder Glasfaser-Strähnen verstärkten Polymere haben immer mehr Bedeutung für die Luft- und Raumfahrt erlangt, weil sie bei gleicher Festigkeit erheblich leichter als Stahl oder Aluminium sind. Im Airbus A 320 und dem großen Bruder A 380 sind es die Kabinen, die aus dem Werkstoff bestehen. Der neue A 350 ist fast zur Hälfte daraus gemacht. Doch auch das beste Material kann beschädigt werden oder Abnutzungserscheinungen zeigen. Alle fünf Jahre etwa werden Kabinenausstattungen von Passagierjets turnusgemäß ausgetauscht und nach 20 bis 30 Jahren wird der ganze Flieger ausrangiert, und damit landen Tonnen von Carbon- und Glasfasern auf den Flugzeugfriehöfen.

Was dann? Das vernetzte Polymer, auch Thermoset genannt, lässt sich nicht einfach aufschmelzen, um für andere Produkte Verwendung zu finden und die Verbrennung ist ebenso kaum möglich. Auch das Flicken beschädigter aus CFK gefertigter Bauteile etwa nach Steinschlag ist enorm aufwändig, da die Struktur der Fasern dabei zerstört werden könnte. In aller Regel ist der Austausch ganzer Bauteile die beste Alternative.

Wiege der Kunststoffe

In Brandenburg steht in vielerlei Hinsicht die Wiege diverser Kunststoffe wie des Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffes CFK. Auch der erste Kunststoff seiner Art, Bakelit, hatte seine Premiere als Produkt im Land.

In Erkner (Oder-Spree) produzierte die damalige Bakelite GmbH als erster Betrieb der Welt in industrieller Fertigung Teile aus dem ersten vollsynthetischen, industriell gefertigten Kunststoff überhaupt.

Aus Bakelit wurden unter anderem Telefongehäuse hergestellt. Bakelit war von dem belgisch-amerikanischen Chemiker und Erfinder Leo Hendrik Baekeland entwickelt worden. Baekeland war auch einer der Gründer der Bakelite GmbH. Nach dem Zweiten Weltkrieg wurde der Firmensitz des Unternehmens nach Iserlohn-Letmathe in Nordrhein-Westfalen verlegt.

Kein Wunder, dass allen voran die Luftfahrtindustrie Interesse an neuen Lösungen hat. So ist etwa der europäische Luftfahrtgigant Airbus an dem Teltower Projekt beteiligt. Doch nicht nur das: „Reparatur und Recycling polymerbasierter Composite sind untrennbar mit Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit verbunden“, sagt der Leiter des Pyco, Christian Dreyer. Endliche Rohstoffe und ökologisches Wirtschaften machten den Einsatz recycelbarer und reparaturfähiger Polymerwerkstoffe immer wichtiger.

Das Teltower Vorhaben zielt darauf, die hochvernetzten Kunststoffe wieder in ihre Ausgangbestandteile, also vernetzte Polymere und Carbonfasern zu zerlegen. Die Teltower haben eine Lösung entwickelt, mit der diese Stoffe aufgelöst werden können, um sie anschließend zu recyclen. Die Lösung schafft es, die vernetzten Kunststoffe quasi wie eine Schere in kleinste Bestandteile zu zerschneiden. Die Carbonfasern können dann herausgelöst und das Polymer aus der Lösung zurückgewonnen werden. Beide Stoffe für sich sind wiederverwertbar.

Interesse geht über Luftfahrt hinaus

Das Carbon liegt zwar anschließend nicht mehr als Endlosfaser vor, dennoch gibt es eine Vielzahl weiterer möglicher Anwendungen. Auch die Reparatur beschädigter Bauteile ist so möglich. Das Kunstharz wird von den oftmals unbeschädigten Fasern direkt vor Ort gelöst und durch neues hereingepresstes Material ersetzt.

Erst kürzlich haben die IAP-Forscher ihr Verfahren bei der Fachmesse JEC World in Paris vorgestellt. Wann die Methode auch kommerziell einsetzbar sein wird, hänge auch von gesetzlichen Rahmenbedingungen ab, sagt Dreyer. Die Bundesregierung ist auf jeden Fall in das Projekt eingebunden. Die Weiterentwicklung des Verfahrens wird im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramms des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie gefördert.

Das Interesse der Privatwirtschaft könnte noch weit über die Luftfahrtindustrie hinausgehen. „Dieses Recyclingverfahren ist für Unternehmen besonders attraktiv, da das Matrixmaterial auch im industriellen Maßstab recycelt werden kann, um daraus ausreichende Mengen neuer Recycling-Thermosets zu synthetisieren“, sagt der Leiter des IAP, Alexander Böker. Mit dem vom IAP und Partnern betriebenen Pilotanlagenzentrum für Polymersynthese und –verarbeitung PAZ in Schkopau (Sachsen-Anhalt) haben die Potsdamer die Möglichkeit, diese Kunstharze sogar selbst in industrierelevanten Mengen herzustellen.

Von Gerald Dietz

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