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Technologie
02.09.2021

Warum der Superstoff Carbon so schwer zu recyclen ist

Teile aus Carbonfasern werden, weil sie leicht und stabil sind, heute nicht nur in Flugzeugbau und Fahrzeugtechnik, sondern in immer mehr Branchen eingesetzt.
Foto: Ulrich Wagner

Carbon ist ein High-Tech-Werkstoff, für Autobau ebenso geeignet wie für die Herstellung von Faserbeton oder Windrad-Rotoren. Doch das Material ist schwer zu entsorgen.

Was haben Windkraftanlagen, der Radsport und die Orthopädie gemeinsam? Sie nutzen den vielseitigen Werkstoff Carbon für Rotorblätter, superleichte Räder und orthopädische Schienen. Carbon wird in der Industrie und für die Produktion von Konsumgütern immer beliebter. Die Region München-Augsburg-Ingolstadt gilt als ein Kompetenzzentrum der Carbonfaser-Technologie. So ist zum Beispiel der Carbon- und Graphitprodukte-Hersteller SGL Carbon mit einem Werk in Meitingen vertreten. Und bei Premium Aerotec aus Augsburg wird kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff für Flugzeugbauteile genutzt.

Carbon-Recycling gestaltet sich schwierig

Doch bei Recyclingfirmen sorgt die fortschreitende Verbreitung für Probleme. "Das Hauptproblem des Recyclings ist nicht die Faser an sich, sondern, dass sie mit anderen Materialien eng verbunden ist, was das Recycling, also die stoffliche Verwertung, erschwert beziehungsweise bisher nicht möglich macht", sagt Jörg Lacher, Sprecher des Bundesverbands Sekundärrohstoffe.

Doch da Carbon nicht nur leicht, sondern auch sehr stabil ist und somit für viele industrielle Anwendungen Vorteile bietet, geht das Umweltbundesamt davon aus, dass sich Carbon-Werkstoffe in Zukunft noch weiter verbreiten werden - mit entsprechenden Mühen bei der späteren Aufarbeitung. Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) bestehen aus synthetischen Fasern, die verwebt und mit Hilfe von Epoxidharzen oder anderen Materialien verklebt werden. Das Problem bei Entsorgung und Recycling verursachen vor allem die Verbundwerkstoffe, beispielsweise kohlenstofffaserverstärkter Beton oder Sandwichbleche aus zwei Lagen Metall mit einer Lage Carbon in der Mitte.

Carbon-Expertise made in Augsburg

Der Spitzencluster MAI Carbon des Vereins Composites United aus Augsburg bündelt die Kräfte der Firmen und Forschungseinrichtungen aus der Carbon-Branche in der Region. Für Geschäftsführer Tjark von Reden ist das Recycling der hochwertigen Produkte essenziell, um sich auf dem Markt erfolgreich zu etablieren. Schon seit Jahren ist Recycling deshalb einer der Schwerpunkte seiner Arbeit. Aktuell habe der Verein ein Projekt bei der EU beantragt, welches sich damit beschäftigt, wie Carbonfasern sauber von anderen Stoffen getrennt und sortiert werden können.

Mitarbeiter im BMW-Werk Leipzig arbeiten in der Montage des i8. Carbon ist als High-Tech-Kunststoff gut für den Autobau geeignet - doch das Material ist nur schwer zu entsorgen.
Foto: Jan Woitas, dpa

Frank Manis ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik in Augsburg und beschäftigt sich mit dem Recycling von Carbonfasern. Theoretisch gebe es mehrere realistische Prozessketten, wie mit Carbon umgegangen werden soll, sagt er. Dennoch landen Carbonfasern zu oft in Müllverbrennungsanlagen und diese "sind weder ökologisch noch ökonomisch eine gute Lösung" für den hochwertigen Leichtbauwerkstoff, sagt der Ingenieur. Technologisch gebe es bereits Lösungen für eine bessere Verwertung. Doch das Marktinteresse für recycelte Carbonfasern sei noch zu gering. Es brauche demnach mehr Nachfrage für das recycelte Produkt. Er und sechs weitere Wissenschaftler seiner Abteilung am Augsburger Fraunhofer-Institut tüfteln deshalb auch an sinnvollen Anwendungsmöglichkeiten, um dies zu ändern.

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BMW nutzt Carbon für Karosserien

Der Autobauer BMW in München hält Carbon für einen Traumwerkstoff. "CFK eingesetzt an den richtigen Stellen in der Karosseriestruktur bietet ein hohes Maß an funktionellen Vorteilen", sagt eine Sprecherin von BMW in München. "Das Material ist sehr langlebig, fünfmal stärker als Stahl, leichter als Aluminium, lässt sich fast beliebig formen und rostet nicht." Das Elektroauto BMW i3 hat eine Carbonkarosserie, auch beim aktuellen 7er setzt BMW Carbon ein. Das Fahrzeuggewicht könne damit um bis zu 130 Kilogramm reduziert werden.

Wäre da nicht das Entsorgungsproblem. Autohersteller etwa sind an die Umweltvorgaben der EU gebunden. Demnach müssen 95 Prozent des Fahrzeuggewichts verwertbar, 85 Prozent recycelbar sein. "Das gilt selbstverständlich auch für Fahrzeuge mit CFK-Struktur", sagt die BMW-Sprecherin. "Im Schnitt können beim Recycling von CFK bis zu 50 Prozent des Ausgangsmaterials wiederverwendet werden."

In der Praxis zeigen sich die Tücken

Doch in der Praxis haben die Recyclingfirmen mit technischen Schwierigkeiten zu kämpfen. Tückisch ist Carbon etwa im Verbund mit Metall, wie es sich unter anderem in Autoteilen findet. "CFK-haltige Kunststoffe können den Recyclingprozess stören", heißt es beim Umweltbundesamt in Dessau-Roßlau. "Bei der Zerkleinerung von CFK entstehen leitfähige brennbare Faserstäube, was die Gefahr von Schäden und Störungen in Schreddern und Müllverbrennungsanlagen mit sich bringt." Der Ratschlag der Behörde: "Daher sollten CFK-Bauteile vor der Abgabe der Restkarosse an die Schredderanlage demontiert werden, um der Gefahr von Kurzschlüssen zu begegnen." (mit dpa)

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Die Diskussion ist geschlossen.

09.09.2021

Als Brancheninsider kann ich die Aussagen von Frank Manis in der Mitte des Artikels nur unterstreichen: Technologisch ist das Recycling von CFK bereits weitestgehend gelöst. Nur: Es rechnet sich ökonomisch noch nicht: So lange Neumaterial qualitativ besser und günstiger ist, wird die Nachfrage nach recyceltem Material immer die zweite Wahl bleiben. Hier muss der Gesetzgeber über Mechanismen wie vorgeschriebene Recyclingquoten, eine Art Pfandsystem, CO2-Besteuerung, etc. Anreize für mehr Recycling von CFK schaffen - was ja zu gewissen Teilen schon angegangen wurde (wenn auch noch recht zaghaft). Bis das aber wirkt, wird es wohl noch eine Weile dauern...

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09.09.2021

Volle Zustimmung!

Schon in den 1990er Jahren haben wir die Stoffkreisläufe propagiert und gefordert: Bei der Konstruktion die Dekonstruktion mitplanen.
Wenn dann Primärstoffe günstiger als Sekundärstoffe sind, muss man schauen, ob die Produktion der Primärstoffe ihre Voll- und Folgekosten trägt. Und ebenso, ob die Beseitigung der Stoffe alle Kosten selber trägt.
Wenn nicht, muss der Staat beispielsweise über Abgaben für die Internalisierung der Kosten sorgen. Oder mit Ordnungsrecht, wie von Ihnen beschrieben - Pfandsysteme, Verwertungsquoten etc. - für den umweltschonenden Weg sorgen.

Raimund Kamm

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