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Systemanalytische Untersuchungen zu Herstellung, Einsatz und Entsorgung von carbonfaserverstärkten Kunststoffen

Systemanalytische Untersuchungen zu Herstellung, Einsatz und Entsorgung von carbonfaserverstärkten Kunststoffen
Projektteam:

Bräutigam, Klaus-Rainer (Projektleitung); Matthias Achternbosch; Christel Kupsch; Gerhard Sardemann

Starttermin:

2005

Endtermin:

2007

Forschungsbereich:

Innovationsprozesse und Technikfolgen

Beschreibung des Projekts

Faserverstärkte Verbundwerkstoffe gewinnen aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften als Leichtbaumaterialien in unterschiedlichen Anwendungsfeldern immer mehr an Bedeutung. Gegenüber metallischen Werkstoffen weisen insbesondere carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) deutliche Vorteile auf wie z. B. geringeres Gewicht, höhere Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und höheres Energieaufnahmevermögen. Derzeit schon wichtige Einsatzgebiete sind vor allem der Freizeit- und Sportbereich, die Luftfahrtindustrie und der industrielle Bereich mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungen. Nachteilig bei der Herstellung von Bauteilen aus CFK wirken sich bislang die hohen Materialkosten und die aufgrund des relativ geringen Automatisierungsgrades hohen Fertigungskosten aus, problematisch ist zudem die derzeit noch ungelöste Entsorgung von CFK-Produkten bzw. Produktionsabfällen. Dies sind einige Gründe, die derzeit einer verstärkten Anwendung von carbonfaserverstärkten Kunststoffen, beispielsweise im Automobilbereich, im Wege stehen.

Vor diesem Hintergrund stellt sich prinzipiell die Frage nach der Realisierbarkeit und nach den Konsequenzen eines verstärkten Einsatzes von CFK: Welche Vor- und Nachteile (z. B. werkstofftechnische, ökologische, volkswirtschaftliche) sind mit dem verstärkten Einsatz von CFK verbunden? Um diese Fragen zu beantworten führt ITAS systemanalytische Untersuchungen zu Herstellung, Einsatz und Entsorgung von carbonfaserverstärkten Kunststoffen durch.

Im Rahmen dieses Projektes soll zunächst für Deutschland und Europa aber auch weltweit ein Überblick über derzeitige Einsatzmengen von CFK und über Produkte und Güter, die CFK enthalten, gegeben werden. Gleichzeitig soll ermittelt werden, welche Gründe zur Verwendung von CFK in den unterschiedlichen Einsatzfeldern geführt haben.

In einem weiteren Schritt werden die Vorteile und Nachteile von CFK im Vergleich zu herkömmlichen Materialien systematisch untersucht. In Bezug auf technische und werkstoffliche Aspekte besteht eine enge Verknüpfung zum Projekt "Systemanalytische Untersuchung der im Institut für Hochleistungsimpuls- und Mikrowellentechnik (IHM) des Forschungszentrums Karlsruhe entwickelten Mikrowellentechnik zur Herstellung von CFK-Bauteilen".

Die durchzuführenden Arbeiten beinhalten Untersuchungen

  • zum Stoff- und Energieeinsatz bei der Herstellung der Ausgangsmaterialien, sowie bei der Herstellung der Produkte (aufbauend auch auf Ergebnissen und Methoden aus dem HGF-Strategiefondsprojekt "Schwarzer Rumpf")
  • zu Fragen der Ressourcenverfügbarkeit,
  • zur Nutzungsphase der Produkte (Stichworte sind hier ein geringerer Energieverbrauch im Verkehrsbereich aufgrund von Gewichtseinsparungen, die längere Lebensdauer von CFK-Produkten und der möglicherweise geringere Wartungsaufwand),
  • zu Herstellungskosten von CFK-Produkten
  • zu den Möglichkeiten des Recyclings bzw. der Entsorgung von Abfällen, die CFK enthalten.

Besondere Berücksichtigung bei diesen Untersuchungen findet die Frage, ob die Verwendung von CFK anstelle konventioneller Materialen in bestimmten Produkten, insbesondere bei einem im Vergleich zu heute wesentlich intensivierten Einsatz, unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten sinnvoll ist. Anhand ausgewählter Szenarien sollen die zu erwartenden ökologischen und ökonomischen Vor- und Nachteile aufgezeigt und diskutiert werden. Dies beinhaltet auch darzustellen, unter welchen Randbedingungen eine derartige Entwicklung stattfinden könnte bzw. welche Gründe einer verstärkten Nutzung von CFK im Weg stehen.

Kontakt

Dipl.-Phys. Klaus-Rainer Bräutigam
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS)
Postfach 3640
76021 Karlsruhe

Tel.: 0721 608-24873
E-Mail