Die Neue Materialien Bayreuth GmbH entwickelt im Rahmen eines Verbundprojekts Strategien zur Fertigung sortenreiner Partikelschaum-Hybridbauteile für den Einsatz im Innenraum neuartiger Luftfahrt-Transportsysteme. Eine begleitende Ökobilanzierung (LCA) ermöglicht eine Bewertung der induzierten ökologischen Effekte und stellt den Aspekt der Nachhaltigkeit in das Zentrum der Entwicklungen.
Urban Air Mobility (UAM) bezeichnet die Erweiterung städtischer Transportsysteme in den Luftraum. Diese neue Mobilitätsform soll künftig als Staulöser in den bereits heute stark wachsenden Metropolen fungieren. Als Transportsysteme sind zukünftig zum Beispiel „Flugtaxis“ denkbar. Wie dieser Markt der Zukunft nachhaltig gestaltet werden kann, ist Thema eines im Luftfahrtforschungsprogramm des Bundes geförderten Verbundprojekts, an dem die Neue Materialien Bayreuth GmbH innerhalb eines Projektkonsortiums beteiligt ist. Das Vorhaben KONKAV beschäftigt sich mit der Entwicklung hochfunktionalisierter und gleichzeitig nachhaltiger Komponenten für Kabinen von UAMs. Hierzu sollen gezielt Materialien und Fertigungstechnologien genutzt werden, mit denen die strengen Funktionsanforderungen, insbesondere hinsichtlich Gewicht, Flammschutz und Oberfläche, realisiert werden können. Dabei soll eine hohe Nachhaltigkeit der Komponenten gewährleistet werden, beispielsweise durch Einsatz nachwachsender Rohstoffe und recyclebarer Materialsysteme. Um die Nachhaltigkeitseffekte beurteilen zu können, werden für die entwickelten Komponenten die jeweiligen Kreislauf- und Recyclingprozesse über den kompletten Lebenszyklus erarbeitet.
Übertrag auf die klassische Luftfaht
Die im Rahmen des Verbundprojekts gewonnenen Erkenntnisse lassen sich von der UAM-Anwendung auch auf die klassischen Passagierflugzeuge übertragen. Die Neue Materialien Bayreuth GmbH beschäftigt sich in dem Projekt mit der Entwicklung eines kaschierten Partikelschaum-Hybridbauteils und dem korrespondierenden Herstellungsprozess. Partikelschaum zeichnet sich gegenüber dem in der Luftfahrt herkömmlich eingesetzten Verbundmaterial dadurch aus, dass bei der Fertigung der Bauteile ein geringerer Verschnitt anfällt. Für ein einfaches Recycling am Ende des Lebenszyklus ist das Hybridbauteil als Monomaterial-System ausgelegt.
Um die Herausforderungen an ein Bauteil für einen erfolgreichen, nachhaltigen und wirtschaftlichen Einsatz in der Kabine von UAMs umsetzen zu können, verfolgt die Neue Materialien Bayreuth GmbH folgende Ansätze:
- Die Gewichtsminimierung soll durch den Einsatz von Partikelschäumen, die grundsätzlich eine sehr geringe Dichte aufweisen, erreicht werden. Dabei wird eine Verarbeitungsstrategie entwickelt, mit der die Materialdichte weiter reduziert werden kann.
- Zur Recyclingfähigkeit werden Decklagen und Partikelschaumkerne aus dem gleichen Grundpolymer verarbeitet, das heißt es entsteht ein einfach zu recycelbares Monomaterialsystem. Dieses muss die Funktionsanforderungen an eine UAM-Komponente erfüllen.
- Zur Umsetzung eines hocheffizienten Fertigungsverfahren werden insbesondere ein dampfbasierter und ein dampfloser Prozessweg betrachtet. Letzterer basiert auf dem Einsatz von elektromagnetischer Strahlung beim Formschäumen. Auf diese Weise kann auf die energetisch aufwändige Dampferzeugung durch fossile Energieträger verzichtet werden.
Die untersuchten Fertigungstechnologien und das entwickelte Partikelschaum-Hybridbauteil werden nach ökologischen Gesichtspunkten transparent und quantifiziert durch eine begleitende Ökobilanzierung (LCA) bewertet. Die so gewonnene Datenbasis zu Fertigungsparametern und energetischen Herstellungsaufwänden wird digital, interoperabel und automatisiert erfasst. Mit dieser Basis können die ökologischen Effekte, die bei der Produktion der in diesem Projekt entwickelten UAM-Komponenten entstehen, fundiert prognostiziert werden. Das Forschungs- und Entwicklungsprojekt KONKAV (Förderkennzeichen 20K2105D) wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramms LuFo VI-2 gefördert. Das Projektkonsortium umfasst die Industriepartner Diehl Aviation Laupheim GmbH (Koordinator), Diehl Aerospace GmbH, Nürnberg, und die ForschungseinrichtungenUniversität Stuttgart (Institut für Flugzeugbau), Universität Bayreuth (Lehrstuhl Polymere Werkstoffe), Institut für Textiltechnik Augsburg gGmbH und die RWTH Aachen (Institut für Strukturmechanik und Leichtbau) sowie die Neue Materialien Bayreuth GmbH. Assoziierter Partner ist die Airbus Urban Air Mobility GmbH.
Bild oben: Teilprojekt der Neue Materialien Bayreuth GmbH, Grafik NMB
