Abbildung 1: Im Projekt WEiteR untersuchter geschlossener Werkstoffkreis eines Carbonfasertapes.

WEiTeR

Abbildung 2: Peeling-Prüfvorrichtung

Projekttitel: Strategie für Wasserstoffbehälter bei End-of-Usage: Von erweiterter Nutzung bis zur hochwertigen Carbonfasertape-Rückgewinnung

Wasserstoff wurde durch das BMWi als ein Schlüsselelement für die Energiewende identifiziert. Die Verwendung von Wasserstoff als Energieträger ist somit für die kommenden Jahre ein signifikanter Bestandteil der Strategie zur Reduktion des CO2-Ausstoßes in Deutschland. Besonders bei der in der Verkehrs- und Transportbranche bietet dieser Energieträger die Möglichkeit fossilen Treibstoffen zu ersetzen.
In Bezug auf die Lagerung des Wasserstoffs haben sich gewickelte Carbon-faserverstärkte Druckbehälter (CFK-Tanks) durchgesetzt, wodurch die Produktion dieser Behälter mit dem Ausbau der Wasserstoffwirtschaft in den kommenden Jahren stark zunehmen wird. Wegen des energieaufwendigen Herstellungsverfahrens der Carbonfasern muss schon heute eine nachhaltige Strategie für das End-of-Usage der herzustellenden Wasserstoffbehälter entwickelt werden, denn ohne eine geeignete Wieder- oder Weiterverwertung lässt sich kein akzeptabler CO2-Footprint erreichen. Dies gilt umso mehr, da die weltweiten Produktionskapazitäten für Carbonfasern derzeit nicht ausreichen, um die für die nächsten Jahrzehnte prognostizierten Bedarfe zu decken. Eine geeignete Abfall- bzw. Wertstoffstrategie ist somit aus ökologischen sowie ökonomischen Gründen elementar.
Ziel des Projektes WEiteR ist es, bei den Fraunhofer Instituten EMI und IWM gemeinsam mit dem INATECH der Albert-Ludwigs-Universität ein Freiburger Kompetenzzentrum für die Bewertung von CFK-Wasserstofftanks während des Betriebs und bei End-of-Usage zu etablieren. Im Rahmen des Projektes werden Lösungen zur Erweiterung der Nutzungszeit, der Wiederverwendung bis hin zur hochwertigen Rückgewinnung der eingesetzten Carbonfasern - unter Berücksichtigung der Alterung der eingesetzten Werkstoffe - entwickelt und der Industrie zur Verfügung gestellt.
Basierend auf einem Monitoring der Tanks, werden innovative Methoden für die Nachverfolgung und Vorhersage der Materialeigenschaften während der Nutzungszeit entwickelt. Je nach Szenario soll so eine Erweiterung der Nutzungszeit oder eine Qualifizierung für eine andere Anwendung ermöglicht werden. Zudem wird ein innovatives Peel-Verfahren zur Rückgewinnung der Carbon-faser-Tapes ohne wesentliche Verkürzung der Fasern untersucht und numerisch modelliert. Dabei soll eine neue numerische Methode zur Peeling-Prozessparameterbestimmung abgeleitet werden, die mit einer minimalen Anzahl an Eingangsparameter für unterschiedliche Werkstoff-Kombinationen eingesetzt werden kann. Diese Strategie grenzt sich stark von den aktuellen Faserverbund-Recyclingverfahren ab, die systematisch eine Schredder-Etappe beinhalten und somit zum Downcycling des Werkstoffs führen. Das Peeling-Verfahren hingegen ermöglicht es, die Fasern als hochwertige, gestreckte Endlosfasern zurückzugewinnen und wieder zu verarbeiten.