Repro4Bio

Faserverbundtechnische  Produktionsprozesse  für  strukturelle  Anwendungen  aus  biologischen Materialien sind nach heutigem Stand entweder technologisch unausgereift oder gar nicht vorhanden.  Das  Forschungsvorhaben  »Repro4Bio«  setzt  sich  zum  Ziel,  den  technologischen Reifegrad existierender Textil- und Prepregprozesse (engl.: pre-impregnated fibers) für biobasierte Leichtbaukomponenten zu steigern und eine breite Vermarktung in Endverbraucherprodukten zu ermöglichen.  Zugleich  soll  die  Energieeffizienz  in  der  Produktion  maximiert  werden.  Die Entwicklungen  sollen  am  Beispiel  von  Ski-  und  Outdoorstöcken  sowie  Fahrradkomponenten demonstriert  werden.  LEKI  und  Canyon  Bicycle  streben  nach  Projektende  eine  schrittweise Vermarktung  an,  sodass  die  Skalierbarkeit  und Wirtschaftlichkeit  der  Prozesse  eine  große  Rolle spielen.  Die  Verwendung  standardisierter  Faserverbund-Vorprodukte,  welche  allgemein  als „Prepreg“  bezeichnet  werden,  soll  Kostenvorteile  durch  Skaleneffekte  schaffen,  indem  der Imprägniervorgang von der Fertigung diskreter Bauteile entkoppelt wird.

Der FVK-Markt wird jeher von Duromeren dominiert. Das liegt neben den guten mechanischen Eigenschaften  in  den  etablierten  Produktionsverfahren  begründet. Im  Fokus  der  Technologieentwicklung  stehen  daher  duromere  Towpregs (vorimprägnierte Faserbänder), die eine kostengünstigere Alternative zu hochwertigen Luftfahrt-Prepregs darstellen. Sie ermöglichen es, lastoptimierte FVK-Bauteile hoher Komplexität mit minimalem Ausschuss herzustellen und nehmen eine Schlüsselrolle im ressourcenschonenden Leichtbau der Zukunft ein. Der Einsatz von UV-LED-Strahlern  für  eine  sekundenschnelle Vernetzung des Matrixmaterials kann den Energieeinsatz während der Halbzeugherstellung und -verarbeitung minimieren. Um weiteres Einsparpotential zu nutzen, werden die Produktionssysteme und -prozesse  mit dem Ziel höchster Produktivität und Skalierbarkeit entwickelt.

Mit dem Ziel, ein  klimaneutrales Europa bis zum Jahr 2050 zu schaffen, hat  die Europäische Kommission eine Reihe von politischen Initiativen im Rahmen des „European Green Deal“ ins Leben gerufen. Gemäß  der „BIOTRAIN“-Studie der Fraunhofer-Gesellschaft ist die Biologisierung von industriellen Wertschöpfungsketten ein entscheidender Schritt, um den Europäischen Green Deal zu ermöglichen. Dabei spielen nachwachsende, biobasierte Rohstoffe ebenso eine zentrale Rolle, wie effiziente Stoffkreisläufe.  Neue Materialien müssen höchsten Anforderungen an Funktionalität und Nachhaltigkeit gerecht werden und ressourceneffiziente Produktionstechnologien für den Masseneinsatz in großvolumigen Anwendungen entwickelt werden.

Der Einsatz neuartiger Biokunststoffe und die lastfallgerechte Verstärkung durch natürliche Fasern können die hohen Anforderungen an Nachhaltigkeit und Leistungsfähigkeit erfüllen. Aktuell beträgt der Bio-Anteil in der globalen Kunststoffproduktion jedoch nur ca. 1 % (ges. Produktionskapazität im Jahr 2019: 3,8 Mio. Tonnen). Biopolymere finden vornehmlich Anwendung in der Verpackungsindustrie (47% im Jahr 2020) und in niedrig beanspruchten Produkten (12 % in Konsumgütern und 6 % im Transportsektor). Nach umweltfreundlicheren Verpackungen stellen Konsumgüter den nächsten  wichtigen Anwendungsfall für Biokunststoffe dar – nicht zuletzt aufgrund ihres sehr kurzlebigen Produktgebrauchs und den großen Mengen an petrochemischen Abfällen. Auch strukturelle Anwendungen durch den Einsatz von Naturfaser-Kunststoff-Verbunden (NFK) können so weiter erschlossen werden.