Carbonfaserforschung
Projekt zur Carbonfaser-Forschung „Carbon LabFactory Sachsen“ in Boxberg/Oberlausitz
Am 16. März 2021 startete das Projekt „InnoCarbEnergy: Carbon, Systems and Mobility Solutions SAXONY“ mit einem virtuellen Kick-off in seine erste Phase. Das Vorhaben, an dem die Professur für Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung der Technischen Universität Chemnitz beteiligt ist, widmet sich der zentralen Frage, wie Carbonfasern auf Basis neuer chemischer Ausgangssubstanzen, sogenannter Precursoren, klimafreundlich hergestellt werden können. Zum Einsatz kommen könnten hier unter anderem erneuerbare und alternative Rohstoffe wie Cellulose oder Algen. Erweitertes Ziel des Projektes ist die Produktion maßgeschneiderte Carbonfasern mit produktspezifischen Eigenschaften, die gegenüber konventionellen Herstellungsverfahren einen Kostenvorteil von bis zu 30 Prozent erwirtschaften könnten. Gleichzeitig sollen, durch die Kompetenzbündelung der Kooperationspartner am LEAG-Kraftwerkstandort Boxberg, Effekte des laufenden Kohleausstiegs abgefangen und ein nachhaltiger Strukturwandel auf den Weg gebracht werden.
InnoCarbEnergy - Vorstellung der Machbarkeitsstudie
InnoCarbEnergy - Vorstellung der MachbarkeitsstudieInnoCarbEnergy - ist eines der ersten Strukturentwicklungsprojekte der TU Chemnitz/ Cluster of Excellence Merge in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IWU und dem Fraunhofer IAP (PDF; 1,08 MB)
Hintergrund: Warum Carbonfasern?
Neben dem Kohleausstieg, der zu einer der anspruchsvollsten Herausforderungen der vergangenen Jahrzehnte gehört, kann die Verkehrswende einen wesentlichen Beitrag zur Erreichung der umweltpolitischen Ziele des „European Green Deal“ leisten. Alternative Antriebe mit Batterien und Wasserstoff als Energieträger liefern bereits vielversprechende Lösungsansätze. Ein gleichwertiger Ansatz zur Reduzierung klimaschädlicher Emissionen ist die Reduzierung bewegter Massen. Bereits zehn Prozent Gewichtsersparnis aller bewegten Massen entsprächen etwa 100 Millionen Tonnen weniger CO2-Emissionen. Dass dies grundsätzlich leistbar ist, beweisen zum jetzigen Zeitpunkt bereits leichte Materialien auf Basis von Carbonfasern, die, gegenüber klassischen Bauteilen aus Aluminium oder Stahl, enorme Gewichtsvorteile von 30 bis 50 Prozent erreichen. Dennoch bleibt Carbonfasern, insbesondere in der Automobilbranche, der Weg in den Mainstream aufgrund hoher Kosten und eines Eigenschaftsportfolios, das meist kaum Flexibilität aufweist, bisher verwehrt. Hinzu kommt, dass die Herstellung auf Erdölbasis, die aktuell Stand der Technik ist, mit Blick auf die CO2-Billanz einen weiteren negativen Aspekt bedeutet. „Um dem zu begegnen, fördert der Freistaat Sachsen die Entwicklung von Hightech-Produkten unter Verwendung produktspezifischer Carbonfasern, die mit erneuerbaren Energien produziert und mithilfe regionaler Unternehmen weiterverarbeitet und vertrieben werden sollen. So können durch die Nutzung bestehender, sächsischer Kompetenzen sowohl die Innovations- und Wettbewerbsfähigkeit als auch die Attraktivität der Gesamtregion gesteigert werden“, erklärte Thomas Schmidt, Sächsischer Staatsminister für Regionalentwicklung.
Gemeinsam Perspektiven erarbeiten
Um den Paradigmenwechsel hin zu einer produktspezifischen und nachhaltigen Carbonfaserherstellung zu vollziehen, kooperieren die TU Chemnitz und sowie das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP) bereits seit Beginn des Jahres im Rahmen einer Machbarkeitsstudie. Neben technischen und wirtschaftlichen Fragestellungen werden hier auch Standorte innerhalb der Gemeinde Boxberg/Oberlausitz, insbesondere am Kraftwerksstandort Boxberg, analysiert, die für den Aufbau, den Betrieb und den Erhalt einer Forschungseinrichtung sowie die Ansiedlung industrieller Partner besonders geeignet sind. Hubertus Altmann, Vorstandsmitglied der LEAG, bestätigte: „Die Lausitz Energie Bergbau AG und die Lausitz Energie Kraftwerke AG planen eine Begleitung und Unterstützung des Vorhabens, etwa in Bezug auf die Themen Flächenbereitstellung, erneuerbare Energie und Speichertechnologien, sowie im Bereich der Entwicklung und Realisierung eines innovativen Energiemanagements.“ Aufgrund der wachsenden Bedeutung von Carbonfasern und stetig steigenden Bedarfen an leichten, energiesparenden Bauteilen soll der geplante Forschungsbetrieb einen bedeutenden Wettbewerbsvorteil für den hiesigen Industriestandort schaffen. Dafür sind perspektivisch auch enge Kooperationen mit regionalen Unternehmen, Neugründungen sowie Niederlassungen geplant, die carbonfaserverstärkte Leichtbaustrukturen und -systeme entwickeln, die wiederrum in mobilen Anwendungen genutzt werden – so etwa beim Automobil-, Schiff-, Schienenfahrzeug- und Anlagenbau oder in der Luft- und Raumfahrt. „Mit der gemeinsamen Vision einer klimafreundlichen Transformation der Region Lausitz von der Kohlewirtschaft zu einer selbsttragenden Hightech-Region werden aktuell nachhaltige Technologiepfade zur Carbonfaserherstellung innerhalb des Konsortiums erarbeitet und die notwendige Infrastruktur für den Betrieb der Forschungs- und Pilotanlagen geplant. Ziel ist es, „InnoCarbEnergy“ auf dieser Grundlage dauerhaft als Brückenschlag zwischen Wissenschaft und Wirtschaft in der nationalen und internationalen Forschungslandschaft zu positionieren“, sagte Prof. Dr. Lothar Kroll, Koordinator des Forschungsclusters MERGE.
Vision: Carbon LabFactory Sachsen
Auf Basis der bereits abgeschlossenen Machbarkeitsstudie sollen zukünftig vollausgestattete, den regionalen Konditionen entsprechende Forschungs-Pilotlinien zur Herstellung von Precursoren und Carbonfasern konzipiert, aufgebaut und betrieben werden, um neuartige Fertigungsverfahren und Methoden des Energiemanagements zu entwickeln und unter praxisnahen Bedingungen zu erproben. Ausgehend von alternativen Rohstoffen beispielsweise auf Biokunststoffbasis, sollen so in Kombination mit innovativen Spinn- und Carbonisierungstechnologien maßgeschneiderte und klimaverträgliche Materialien neuster Generation entstehen. In weiteren Schritten ist geplant, die Pilotlinie um textilbildende und kunststofftechnische Fertigungsmodule sowie automatisierte Schnittstellen für die energieeffiziente Bauteilherstellung zu ergänzen und zu komplettieren. Als „InnoCarbEnergy-Valley“ soll der geplante Komplex den Grundstein für die Ansiedlung weiterer Unternehmen und eine europaweit bisher nicht vorhandene Forschungslandschaft bilden.
Finanziert wird die Maßnahme aus Bundesmitteln des Strukturstärkungsgesetzes sowie aus Steuermitteln auf Grundlage des vom Sächsischen Landtag beschlossenen Haushaltes.