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Studie zu den Umweltauswirkungen bei der Herstellung, dem Einsatz und der Entsorgung von CFK- bzw. Aluminiumrumpfkomponenten [10.12.2003]

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Die Ergebnisse des von ITAS durchgeführten Teilvorhabens des durch die Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren (HGF) und das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Strategiefondsprojektes „Schwarzer Rumpf“ sind nun in der Reihe „Wissenschaftliche Berichte“ des Forschungszentrums Karlsruhe veröffentlicht. Der Bericht hat den Titel „Analyse der Umweltauswirkungen bei der Herstellung, dem Einsatz und der Entsorgung von CFK- bzw. Aluminiumrumpfkomponenten“ und liegt auch online vor.

An diesem Projekt, das unter Federführung des Instituts für Strukturmechanik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) in Braunschweig durchgeführt wurde, waren verschiedene Institute des DLR und ITAS vom Forschungszentrum Karlsruhe beteiligt. Es wurden für ausgewählte Rumpfkomponenten eines Verkehrsflugzeuges die notwendigen Grundlagen für einen optimierten Entwicklungsprozess erarbeitet sowie Strukturkonzepte ausgearbeitet, die die spezifischen Vorteile der Faserverbundbauweise ausschöpfen: Insbesondere aufgrund des gegenüber Aluminium geringeren spezifischen Gewichts von carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) wird ein aus CFK gefertigter Flugzeugdruckrumpf ein deutlich geringeres Gewicht aufweisen als ein herkömmlicher Aluminiumrumpf und damit eine Treibstoffersparnis während der Nutzungsphase ermöglichen.

Im Zusammenhang mit der Entwicklung neuer Technologien gewinnen systemanalytische Arbeiten an Bedeutung, die schon in einem relativ frühen Stadium des Projektes die mit den neuen Technologien verbundenen möglichen Umweltauswirkungen wie z. B. Ressourcenverbrauch, Abfälle oder Emissionen aufzeigen und bewerten. ITAS untersuchte in diesem Vorhaben die mit der Herstellung, Nutzung und Entsorgung von Flugzeugrumpfkomponenten aus Aluminium und CFK verbundenen Stoff- und Energieströme auf der Grundlage der Rumpfstruktur eines mittelgroßen, modernen Verkehrsflugzeuges. Ein wesentliches Ziel der Arbeiten von ITAS lag daher darin, die einzelnen Prozessschritte für die Herstellung dieser Materialien bzw. Hilfsstoffe und der Fertigung einer Rumpfstruktur hinsichtlich ihrer ein- und ausgehenden Stoffflüsse zu analysieren und die erhobenen Daten in Stoffstrombilanzen zu erfassen. Zusätzlich zur Analyse der mit der Herstellung von Rumpfstrukturen verbundenen Stoff- und Energieströme wurde die Nutzungsphase des Flugzeuges mit in die Betrachtungen einbezogen. Hier wurde ein qualitativer Vergleich der Wartungsarbeiten für Flugzeugteile aus Aluminium bzw. aus CFK durchgeführt, und es wurden Abschätzungen zum Treibstoffverbrauch während eines Flugzeuglebens durchgeführt. Sowohl bei der Herstellung von Bauteilen aus Aluminium als auch bei der Herstellung von Bauteilen aus CFK fallen Abfälle an. Die Möglichkeiten des Recyclings dieser Abfälle wurden in einem abschließenden Abschnitt dargestellt.

Es konnte gezeigt werden, dass CFK gegenüber Aluminium in Bezug auf ökologische Aspekte in erster Näherung weder Vor- noch Nachteile aufweist. Die Modellrechnungen zeigen auf, dass die Herstellung der CFK-Rumpfstruktur näherungsweise die gleiche Menge an Primärenergie verbraucht, wie die Herstellung der entsprechenden Aluminiumstrukturen. Die großen Vorteile des Einsatzes dieser Verbundwerkstoffe im Flugzeugbau liegen in seinen materialspezifischen Eigenschaften, die für den Flugzeugbau eine Innovation bedeuten. Das Ziel, im signifikanten Maße Treibstoff einzusparen, wird allerdings nicht erreicht.

Bibliografische Angaben:
M. Achternbosch, K.-R. Bräutigam, C. Kupsch, B. Reßler, G. Sardemann
Analyse der Umweltauswirkungen bei der Herstellung, dem Einsatz und der Entsorgung von CFK- bzw. Aluminiumrumpfkomponenten. Karlsruhe: Forschungszentrum 2003 (Wissenschaftliche Berichte, FZKA 6879), 44 Seiten

Weitere Informationen zum Bericht:
Volltext/pdf (647 kb) Abstract/htm Kurzfassung/htm Inhaltsverzeichnis/htm

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