In diesem Kontext arbeitet das Projekt RE-CELL an der Entwicklung einer innovativen Generation von Superkondensatoren und Strukturbatterien auf Basis recycelter Kohlenstofffasern. Diese sollen Energie speichern und gleichzeitig in die Flugzeugstruktur integriert werden.

Die von SOFITEC koordinierte Initiative, an der AIMPLAS, das Technologische Institut für Kunststoffe, und I2CON beteiligt sind, schlägt einen Paradigmenwechsel im Design von Luftfahrtkomponenten vor. Dieser Paradigmenwechsel basiert auf dem Einsatz multifunktionaler Materialien, die mechanische Eigenschaften und Energiespeicherkapazität vereinen.

Die Elektrifizierung des Verkehrs ist entscheidend für die Reduzierung von CO₂-Emissionen, stößt in der Luftfahrt jedoch aufgrund des Gewichts und der Energiedichte von Batterien an erhebliche Grenzen. RE-CELL begegnet dieser Herausforderung durch die Entwicklung von Strukturverbundwerkstoffen, die Energie speichern können. Dadurch werden separate Systeme überflüssig und das Gesamtgewicht des Flugzeugs optimiert.

„Die größte Herausforderung der Elektrifizierung in der Luftfahrt besteht nicht nur darin, mehr Energie zu speichern, sondern dies auch ohne Gewichtszunahme zu tun. Strukturbatterien ermöglichen genau das: Die Komponente selbst erfüllt eine doppelte Funktion – Struktur und Energiespeicherung“, erklärt Esteban Castro, F&E-Ingenieur bei SOFITEC. Diese Lösungen werden zunächst für weniger kritische Anwendungen wie Kabinenbeleuchtungssysteme entwickelt und schaffen so die Grundlage für eine breitere zukünftige Integration.

Ein besonderes Merkmal des Projekts ist die Verwendung von recycelten Kohlenstofffasern als Basis für die Entwicklung dieser neuen Materialien. Diese Strategie trägt nicht nur zur Abfallreduzierung in verbundwerkstoffintensiven Branchen bei, sondern ermöglicht auch Fortschritte hin zu einem Kreislaufwirtschaftsmodell in der Luft- und Raumfahrtindustrie.

„Bei RE-CELL suchen wir nicht nur nach neuen, effizienteren, sondern auch nach nachhaltigeren Materialien. Wir arbeiten daran, Kohlenstofffasern ein zweites Leben zu geben und sie in eine hochwertige Ressource für anspruchsvolle Anwendungen wie die Luft- und Raumfahrt zu verwandeln“, betont Fernando Ramos, Forscher im Bereich Nachhaltige und Zukünftige Mobilität bei AIMPLAS. Zu diesem Zweck entwickelt das Projekt fortschrittliche Faserrecycling- und -behandlungsverfahren sowie deren Integration in Polymermatrizes, die gleichzeitig strukturelle und elektrochemische Eigenschaften aufweisen.

Das Projekt befasst sich nicht nur mit der Entwicklung neuer Materialien, sondern auch mit einigen der wichtigsten wissenschaftlichen Herausforderungen, die die praktische Anwendung von Strukturbatterien bisher eingeschränkt haben. Dazu gehören die Entwicklung funktionaler Festelektrolyte, die Variabilität recycelter Fasern und die Komplexität des Zusammenspiels von mechanischen und elektrochemischen Eigenschaften.

„Einer der wichtigsten Fortschritte des Projekts ist die einheitliche Betrachtung von Phänomenen, die zuvor getrennt untersucht wurden, wie beispielsweise die Ionenleitung und das mechanische Verhalten des Materials. Dieser integrierte Ansatz ist entscheidend für den Übergang zu realen Anwendungen“, so Florin Ardelean, Forscher im Bereich Computermodellierung und Simulation bei I2CON. Um diese Herausforderungen zu meistern, kombiniert das Konsortium Materialdesign, multiphysikalische Modellierung und experimentelle Validierung und bringt diese Technologie so der industriellen Anwendung näher.

Validierung in einem maßstabsgetreuen Luftfahrtdemonstrator:
Das Projekt gipfelt in der Fertigung und Validierung eines maßstabsgetreuen Demonstrators, der in eine Komponente des Fahrwerks eines Flugzeugs integriert wird. Dieser Schritt ermöglicht es, das Verhalten der Technologie unter realen Bedingungen zu testen und ihre zukünftige Industrialisierung voranzutreiben. „Die Entwicklung eines praxisnahen Demonstrators ist unerlässlich, um nicht nur das Material selbst, sondern auch seine Verarbeitung und Integration in industrielle Umgebungen der Luft- und Raumfahrt zu validieren“, betont Esteban Castro, F&E-Ingenieur bei SOFITEC.

RE-CELL ist Teil des öffentlich-privaten Kooperationsprogramms 2023, das von der spanischen Forschungsagentur (AEI) gefördert und von der Europäischen Union kofinanziert wird. Im Rahmen dieser Initiative trägt das Projekt zur Entwicklung neuer Lösungen für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt auf Basis von Recyclingmaterialien bei. AIMPLAS bringt seine Expertise in den Bereichen Recycling, Polymermaterialentwicklung und fortschrittliche Verbundwerkstofffertigung in das Projekt ein. I2CON leitet die Entwicklung numerischer Modelle für die Auslegung und Optimierung der Lösung, während SOFITEC die industrielle Validierung vorantreibt.

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