BFI VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH

Ausgangssituation:

Die Europäische Gemeinschaft ist durch den Aktionsplan Kreislaufwirtschaft der Europäischen Kommission aufgefordert, nachhaltige Verfahren zu entwickeln. Dies betrifft auch die Methanpyrolyse, diese dient der Produktion ohne die direkte Erzeugung von CO₂, sofern die dafür benötigte Energie aus erneuerbaren Quellen stammt. Ähnliches gilt für die Pyrolyse von Kunststoffen in Verfahren zum Recycling von Kunststoffen, bei der Monomere des eingesetzten Polymers zurückgewonnen werden können. Für das in beiden Verfahren gebildete feste Kohlenstoffprodukt ist noch keine Verwertung im Sinne der Kreislaufwirtschaft etabliert. Diese können jedoch im RekCarb entwickelten Schmelzrekristallisationsverfahren verwertet werden. Aufbauend auf den positiven Ergebnissen des Vorgängerprojekts „RekCarb“, in dem die Rekristallisation von amorphem zu hochgeordnetem graphitischen Kohlenstoff erfolgreich umgesetzt wurde, wird die technische Entwicklung der Schmelzrekristallisation weiter vorangetrieben.

Projektziele:

Dazu soll in einer Mini-Plant die Schmelzrekristallisation umgesetzt, die Prozesskontrolle verbessert und Graphen-Nano-Platelets (GNP) im kontinuierlichen Betrieb hergestellt werden. Durch den Einsatz von Mittelfrequenztechnik wird ein kontinuierlich-zyklischer Betrieb ermöglicht und das Volumen der Metallschmelze kann im Vergleich zur ursprünglichen Versuchsanlage im RekCarb Vorgängerprojekt um Faktor 10 vergrößert werden. Des Weiteren soll eine belastbare Massen- und Energiebilanz aufgestellt werden, sodass Kosten und Aufwand für den Produktionsbetrieb abgeschätzt werden können. Zusätzlich wird die Anwendung der GNP beispielsweise in Zementmischungen und Leitmitteldispersionen getestet.

Innovative Ansätze:

Die Schmelzrekristallisation basiert auf dem Auflösen von Kohlenstoff in geschmolzenem Metall, um die ursprüngliche Struktur des Kohlenstoffs aufzubrechen und neue Graphitkristalle zu bilden. Um GNP herzustellen, muss das Kristallwachstum der gebildeten Graphene zum richtigen Zeitpunkt eingeschränkt werden. Dazu wird die Schmelze durchgast und die gebildeten GNP können anschließend aus dem Gasstrom gefiltert werden. Zur erfolgreichen Umsetzung müssen Temperatur und Durchgasung der Schmelze genau geregelt werden. Daher wird im Forschungsvorhaben eine optimierte Anlagentechnik in Form einer Miniplant für die Schmelzrekristallisation entwickelt.

Nutzen für die Industrie:

Von den Ergebnissen werden KMU, die sich auf die Produktion von Kohlenstoff-Nanomaterialen spezialisiert haben, im erheblichen Maße profitieren. Denn der Bedarf an Kohlenstoff-Nanomaterialien wächst stetig und gleichzeitig besteht die Notwendig einer Senke für Kohlenstoff-Reststoffe.

Projektträger: