GRAPHIT 2.0: Wie sich Graphit aus recycelten Kohlenstofffasern gewinnen lässt

Im Forschungsprojekt „Graphit 2.0“ entwickelt die Technische Hochschule Nürnberg mit Industriepartnern ein Verfahren, das begehrte Mineral Graphit aus recycelten Kohlenstofffasern zu gewinnen. Dieser Recyclingansatz stellt eine innovative Alternative zu den bisherigen Entsorgungsverfahren dar und erschließt eine neue Rohstoffquelle für Graphit. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „r4 – Innovative Technologien für Ressourceneffizienz – Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe“ gefördert. „r4“ sichert Hightech-Ressourcen und damit Zukunft.

Carbonfasern

Recycelte Carbonfasern aus der Mikrowellenpyrolyse.

Fraunhofer ICT

Ein seltener Rohstoff

Zum Hintergrund: Im Jahr 2010 untersuchte eine Arbeitsgruppe der Europäischen Kommission mehrere Materialien und bewertete deren Kritikalität bezüglich ihres Versorgungsrisikos und ihrer wirtschaftlichen Bedeutung für Europa. Im Ergebnis liegt eine Liste mit Rohstoffen vor, welche aufgrund ihrer Seltenheit und Bedeutung für die europäische Wirtschaft als kritisch eingeschätzt wurden. Darunter befindet sich auch das Industriemineral Graphit. Bis heute werden bis zu 95 Prozent des Graphits aus China importiert. Aufgrund des hohen Bedarfs der Hightech-Industrie und angesichts der großen Lieferabhängigkeit ist die Versorgungssicherheit hinsichtlich dieses wertvollen Rohstoffs auch für die deutsche Industrie als potenziell kritisch anzusehen.

Innovatives Recycling statt Entsorgung

Ziel des Projekts „Graphit 2.0“ ist es, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem sich Sekundärgraphit aus Kohlenstoff-Faserabfällen gewinnen lässt. Dadurch ließe sich natürliches und synthetisch erzeugtes Graphit in Energiespeichermedien (beispielsweise Bleiakkumulatoren/ Autobatterien) ersetzen. Dieser Recyclingansatz stellt eine innovative Alternative zu den bisherigen Entsorgungsverfahren dar und erschließt eine mögliche neue Rohstoffquelle für Graphit.

Aufbau einer Redox-Flow-Batterie mit Bipolarplatten.

Fraunhofer ICT

Zudem verbindet der Ansatz Methoden der Primärrohstoff-Aufbereitung mit Verfahren zur Wiedergewinnung von Rohstoffen. Hierbei werden insbesondere die Energie- und Materialeffizienz berücksichtigt. Gleichzeitig wird durch grundlegende Forschung auf den Gebieten der Aufbereitung, Energieeffizienz und Materialcharakterisierung das Potenzial zur Steigerung der Ressourceneffizienz in einer Vielzahl von Branchen sowie für Primärrohstoffe aufgezeigt.

Sekundärrohstoff aus Kohlenstofffasern

Zunächst wird ein Verfahren entwickelt, bei dem – durch gezielte mechanische und thermische Einwirkung auf Kohlenstofffasern – aus „End-of-Life“-Bauteilen und Produktionsabfall ein Sekundärrohstoff gewonnen wird. Dieser wird später als Graphit-Ersatz in Bipolarplatten für Brennstoffzellen oder als Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien getestet. Hierfür sind zunächst grundlegende Untersuchungen zum Einsatz von Kohlenstofffasern als Graphit-Ersatz notwendig, da bestehende Recycling­an­s­ätze zur Rückgewinnung des Fasermaterials nicht geeignet sind.

Nach Abschluss des Projekts sollen die beteiligten Projektpartner (Eisenhuth GmbH & Co. KG, Dieffenbacher GmbH, Hadeg Recycling GmbH) in der Lage sein, Wertschöpfungsketten für die Nutzung von Kohlenstoffabfällen als Sekundärgraphit darzustellen, so dass ab Mitte 2017 mit einer Anwendung des Verfahrens im System Brennstoffzelle/Redox-Flow-Batterie (Nasszelle zur Speicherung elektrischer Energie) zu rechnen ist.