Fibres & Recycling

Verbundwerkstoffe sind heutzutage vor allem in Form von faserverstärkten Kunststoffen bekannt, bei denen Fasern in eine polymere, mineralische oder metallische Matrix eingebettet sind. Eine Vielzahl von Fasertypen, darunter Glas-, Kohlenstoff-, Bor-, HDPE-, Siliziumkarbid-, Aramid- und Naturfasern, werden für solche Verbundwerkstoffe verwendet. Jeder Fasertyp bietet einzigartige Eigenschaften und Vorteile, die ihn für unterschiedliche Anwendungen geeignet machen. [1,2] Besonders bedeutsam für Verbundwerkstoffe sind Kohlenstofffasern, die in Bereichen wie Luft- und Raumfahrttechnik, Medizin und erneuerbare Energien eingesetzt werden. Allerdings ist die derzeitige Herstellung von Kohlenstofffasern, die hauptsächlich Polyacrylnitril verwenden, mit hohen Treibhausgasemissionen und Kosten verbunden. Die Nutzung von Asphaltenen als Rohstoff für die Kohlenstofffaserherstellung könnte die Kosten um 90 % senken und stofflich-technische Nutzungsalternativen für Schweröl bieten. [3]

Kunststoffe und Verbundwerkstoffe sind von großer Bedeutung für die heutige Gesellschaft, da sie in nahezu allen Lebensbereichen präsent sind und eine Vielzahl von Vorteilen bieten. Die Produktion und Nachfrage nach Kunststoffen sind in den vergangenen Jahrzehnten erheblich gestiegen, was mit signifikanten Auswirkungen auf die Umwelt verbunden ist. Im Hinblick auf den Klimawandel und das Konzept einer Kreislaufwirtschaft, die zunächst das Recycling vorsieht, bevor am Ende des Lebenszyklus eines Produktes eine finale thermische Verwertung erfolgt, ist die Entwicklung optimierter Recyclingstrategien erforderlich. Das Recycling von Verbundwerkstoffen wird durch die Kombination verschiedener Polymere oder die Einbindung von Fasern in die Polymermatrix erschwert. Einer der vielversprechendsten Ansätze zur Rückgewinnung von Glas- bzw. Kohlenstofffasern aus Verbundwerkstoffen ist die Pyrolyse. Bei diesem Verfahren wird die Polymermatrix bei hohen Temperaturen unter inerten Bedingungen zersetzt, wobei (faserhaltige) feste Rückstände, Flüssigkeiten und gasförmige Produkte erzeugt werden. Die Pyrolyse von Polymeren und Verbundwerkstoffen kann zur Freisetzung von faserhaltigen Aerosolen oder organischen Schadstoffen führen, die die menschliche Gesundheit beeinträchtigen. Eine Charakterisierung des Pyrolyseprozesses auf molekularer Ebene ist daher von großer Bedeutung. Die Identifizierung, der bei der Pyrolyse entstehenden Moleküle kann durch eine Kopplung von thermischer Analyse mit Fourier-Transform Ionenzyklotronresonanz Massenspektrometrie (TA FT-ICR MS) erfolgen. [1,4]

Ein besseres Verständnis der Pyrolyseprozesse ermöglicht zudem die Entwicklung optimierter Recyclingstrategien und kann den wirksamen Ausbau einer Kreislaufwirtschaft unterstützen. Mit thermischen Analysetechniken, wie der thermogravimetrischen Analyse (TGA), kann die Pyrolyse im Labormaßstab simuliert werden, wodurch Informationen über das thermische Verhalten der Materialen gewonnen werden, um die realen Reaktionsbedingungen abzustimmen. [1,3]