ISBN 978-3-8439-4159-4

978-3-8439-4159-4, Reihe Ingenieurwissenschaften

Andrea Hohmann
Ökobilanzielle Untersuchung von Herstellungsverfahren für CFK-Strukturen zur Identifikation von Optimierungspotentialen

238 Seiten, Dissertation Technische Universität München (2019), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Carbonfaserverstärkte Kunststoffe können je nach Bauteilbelastung und Verarbeitungsverfahren zu hohen Gewichtseinsparungen führen. Eine ganzheitliche Reduktion der Umweltbelastungen im Vergleich zu anderen Materialklassen ist aber nur unter bestimmten Randbedingungen möglich.

Eine große Herausforderung bei der Identifikation von ökologischen Optimierungspotentialen stellt die Vielfalt der Fertigungsprozesse sowie eine fehlende Datenbasis dar. Ziel dieser Arbeit ist eine umfassende ökologische Betrachtung von unterschiedlichen Fertigungsprozessketten für CFK-Strukturen. Die Arbeit soll dabei ein grundlegendes Verständnis von den ökologischen Einflussgrößen generieren. Hierfür wurde das Ökobilanz-Modell in Form eines Baukastensystems aufgebaut. Die enthaltenen Prozess-Bausteine wurden parametrisiert, so dass die Produktionsrandbedingungen flexibel angepasst werden können. Die Haupteinflussgrößen sowie mögliche Interaktionen der Produktionsparameter wurden mithilfe von statistischen Methoden bestimmt.

Innerhalb des definierten Prozessfensters weist für alle untersuchten Fertigungsprozessketten u.a. das Treibhauspotential die höchste ökologische Priorität auf. In der Carbonfaserherstellung haben die Energiequelle und -zusammensetzung sowie das Produktionsgebiet den größten Einfluss. Die Detailuntersuchungen der Fertigungsprozessparameter waren überlagert von den Umweltwirkungen der Faserherstellung und dem Materialbedarf in der Bauteilherstellung. Es konnten aber keine Interaktionen zwischen den einzelnen Prozessparametern in der Bauteilfertigung festgestellt werden. Maßnahmen, die zu einer Reduktion des gewichtsspezifischen Prozessenergiebedarfs führen, tragen auch zu einer Senkung der Umweltwirkungen bei. Die Umweltwirkungen von verschnittarmen duroplastischen Legetechnologien sind im Vergleich zu der Verarbeitung von textilen Halbzeugen geringfügig höher. Sobald aber eine Verschnittreduktion erzielt und/ oder die Performance des Bauteils erhöht werden kann, ist ein ökologischer Nutzen gegeben. Weiterhin konnte beim Vergleich materialeffizienter duroplastischer und thermoplastischer Legetechnologien festgestellt werden, dass die duroplastische Prozesskette ein geringeres Treibhauspotential aufweist. Der ökologische Vorteil nimmt mit steigender, für beide Prozessketten aber gleicher, Verschnittrate zu.