Duitse composietspecialist INVENT werkt samen in SUSTAINair voor meer circulariteit van vliegtuigen

Horizon 2020-project SUSTAINair, een samenwerking van 11 Europese onderzoeksorganisaties en industriële partners, werd onlangs gelanceerd in januari 2021 om oplossingen te onderzoeken en te ontwikkelen om een ​​circulaire luchtvaarteconomie te realiseren. Dit omvat het verhogen van de hulpbronnenefficiëntie en de prestaties van vliegtuigen, terwijl de afval- en materiaalkosten gedurende de hele levenscyclus van het vliegtuig worden verlaagd. Consortiumpartners merken op dat ondanks de duikeling van de lucht- en ruimtevaartsector in onzekerheid, het stimuleren van de groene transitie van de postpandemische luchtvaartindustrie een strategische doelstelling blijft van regeringen die een pad naar herstel bieden.

Meer specifiek heeft het door de EU gefinancierde onderzoek tot doel het hele ecosysteem van de toeleveringsketen van de luchtvaart groener te maken in overeenstemming met het actieplan voor de circulaire economie, nieuwe normen te stellen voor de lucht- en ruimtevaartindustrie en een toename van sectoroverschrijdende synergieën mogelijk te maken. Het SUSTAINair-project zal naar verwachting de luchtvaartsector een startbaan geven naar een meer kosteneffectieve, koolstofarme economie en tegelijkertijd de toename van het verbruik van hulpbronnen, afval en emissies aanpakken. Het is goedgekeurd door het Future Sky-onderzoeksinitiatief van de Association of European Research Establishments in Aeronautics (EREA).

Gecoördineerd door Jürgen Roither, onderzoeksingenieur bij het Centrum voor emissiearm vervoer van het Oostenrijkse Instituut voor Technologie AIT-LKR ( Seibersdorf), de grootste onderzoeks- en technologieorganisatie van Oostenrijk, heeft een looptijd van 3,5 jaar en een budget van € 5 miljoen.

Roither benadrukt de complementaire functie van elke projectpartner binnen een bepaalde circulaire economiefase van de levenscyclus van vliegtuigen. "SUSTAINair richt zich op alle fasen van de waardeketen van vliegtuigonderdelen, van circulair ontwerp tot productie, onderhoud en reparatie, tot assemblage en recycling, en het zal uitblinken door de gecombineerde competentie en expertise van zijn projectpartners", zegt hij.

Roither voegt eraan toe dat materiële innovaties in de sterk gereguleerde luchtvaartsector gecertificeerd moeten worden om te kunnen vliegen. Daarom vraagt ​​SUSTAINair advies aan de European Union Aviation Safety Agency (EASA, Keulen, Duitsland), die zal worden geleid door EASA Senior Research Coordinator, Willy Sigl.

“De bijdragen van EASA zullen de time-to-market van nieuwe innovatieve producten en bedrijfsmodellen verkorten en een hoog niveau van veiligheid, beveiliging en milieubescherming mogelijk maken. EASA ondersteunt daarom geselecteerde onderzoeksprojecten, zoals SUSTAINair, in een adviserende rol op het gebied van certificering, regelgeving en veiligheidsbeoordelingsaspecten”, zegt Sigl.

Composite fiber specialist sluit zich aan bij het project

Composietvezelspecialist INVENT GmbH (Braunschweig, Duitsland) heeft zich ook aangesloten bij het SUSTAINair-project. Sinds 1996 ontwikkelt en produceert INVENT GmbH als EN 9100- en Nadcap-gecertificeerd bedrijf zeer nauwkeurige structurele componenten, van het eerste idee tot de serieproductie. Deze technologische knowhow en de productiefaciliteiten zullen binnen het project worden gebruikt en verder ontwikkeld om te komen tot kostenefficiënte circulaire economie-benaderingen voor composietvezels.

Verder stelt INVENT's sterke band met de hightech luchtvaartsector het bedrijf in staat om bij te dragen aan een reeks high-impact activiteiten binnen het project. Ontwikkeling van vleugels met variabele vorm (morphing), integratietechnologieën voor sensortechnologie en nieuwe technieken voor hergebruik van productieafval, zijn slechts enkele. INVENT speelt een sleutelrol bij de coördinatie en fabricage van componenten voor de demonstratie van de technologieën die in SUSTAINair zijn ontwikkeld. De basistechnologieën voor verbinding, interfaceontwerp en metaalproductie zullen worden overgedragen aan complexere gezamenlijke demonstrators, waaronder sensorintegratie voor structurele gezondheidsmonitoring (SHM) en zullen worden vervaardigd, getest en geëvalueerd om de verwezenlijking van de projectdoelen te valideren.

“Het SUSTAINair-project kiest voor een zeer holistische benadering van het concept van circulaire economie door het af te stemmen op de luchtvaartcontext. Dit maakt dit een opwindend project om deel van uit te maken en geeft het potentieel voor een reële en blijvende impact, niet alleen voor het milieu en de industrie, maar ook met betrekking tot het standaardisatiebeleid”, vat Marc Joulian, SUSTAINair-projectmanager bij INVENT, samen.

De buy-to-fly-ratio behalen

De circulaire economie is een benadering om het maximale uit hulpbronnen te halen door ze zo lang mogelijk in gebruik te houden, waardoor hun totale waarde gedurende hun hele levenscyclus toeneemt. De vraag naar hoogwaardige materialen in de ruimtevaart gaat doorgaans gepaard met grote hoeveelheden afval tijdens het fabricageproces. Dit geldt voor zowel metaallegeringen als composieten.

De nieuwe up- en recyclingmethoden die binnen SUSTAINair zijn ontwikkeld voor zowel metalen als composiet luchtvaartmaterialen, zullen naar verluidt bijdragen aan een aanzienlijke vermindering van afval dat ontstaat tijdens de fabricage en end-of-life (EOL)-processen. Er zullen upcyclingoplossingen worden ontwikkeld voor thermohardende koolstof- en glasvezelmaterialen, evenals hoogwaardige thermoplastische composieten.

SUSTAINair-coördinator Roither voegt eraan toe dat het project tot doel heeft componenten in de vorm van een net te ontwikkelen (die zo dicht mogelijk bij de grootte en de vorm van het eindproduct worden vervaardigd) voor de luchtvaartindustrie om de koop-tot-vliegverhouding tot bijna één te verminderen, wat is noodzakelijk als er meer materiaal in de keten wordt gebruikt dan wordt weggegooid. Dit wordt verkregen door gebruik te maken van recent uitgevonden nano-eutectische aluminiumlegeringen bij AIT-LKR in combinatie met geavanceerde spuitgiettechnologieën onder hoge druk. "Een dergelijke verwerking staat in de auto-industrie bekend als 'snel en efficiënt'. De aangepaste techniek en materialen van SUSTAINair zullen de fabricage van lucht- en ruimtevaartcomponenten 'snel, efficiënt en schoon' maken", zegt Roither.

Nieuwe ruimtevaartstructuren om gewicht te verminderen, CO₂ emissies

Nieuwe metaallegeringen en composietmaterialen, zoals koolstofvezelversterkte polymeren (CFRP), worden gebruikt om de massa te verminderen en de aerodynamische efficiëntie te verhogen, het brandstofverbruik tijdens vluchtoperaties te verbeteren en daardoor de emissies te verminderen. Kleine veranderingen aan de materialen of aan de vliegtuigstructuur kunnen grote gevolgen hebben als het gaat om brandstofverbruik.

Met dat in gedachten wordt van de SUSTAINair-consortiumpartners verwacht dat ze niet alleen nieuwe materialen voor een flexibele vleugel ontwikkelen, maar ook technieken voor de integratie van sensoren in het materiaal dat in dergelijke vliegtuigonderdelen wordt gebruikt. Het monitoren van realtime gegevens stelt de operators bijvoorbeeld in staat om de vliegbaan van een vliegtuig aan te passen, wat resulteert in een lager brandstofverbruik, terwijl de veiligheid en betrouwbaarheid van aero-constructies wordt verhoogd en de onderhoudskosten worden verlaagd.

Een dergelijke combinatie van metaal en composietmaterialen komt echter niet zonder technologische uitdagingen voor verbindings- en reparatiewerkzaamheden, evenals voor circulaire benaderingen in het EOL-proces. "Het unieke van SUSTAINair is dat het ontwerpproces wordt gevormd om innovatieve technieken in de waardeketen mogelijk te maken die het materiaal een langere levensduur met meer waarde zullen geven, rekening houdend met EOL-demontage en upcycling", zegt Chiara Bisagni, professor in de ruimtevaart structuren en AIAA Fellow, aan de TU Delft, Nederland.

Demontagerobot om recycleerbaarheid te verbeteren

Vliegtuigen bestaan ​​uit veel onderdelen van verschillende materialen die moeten worden samengevoegd. Momenteel gebeurt het verbinden met klinknagels, die moeilijk te verwijderen zijn. Dit maakt het scheiden en het efficiënt recyclen van vliegtuigonderdelen zo uitdagend en kostbaar dat het economisch niet haalbaar is. Klinknagels maken vliegtuigen ook zwaarder, wat een negatief effect heeft op het brandstofverbruik. De specifieke expertise van projectpartners op het gebied van lassen en andere verbindingstechnieken zou uiteindelijk de noodzaak van klinknagels kunnen elimineren. Volgens projectpartners kan deze innovatie niet worden overgenomen zonder wijziging van de huidige normen van luchtvaartautoriteiten zoals EASA.

Het SUSTAINair-project introduceert Industrie 4.0-technologie in de EOL-verwerking van vliegtuigen en is ook bedoeld om een ​​robotkop te ontwikkelen die automatisch klinknagels detecteert en verwijdert, waardoor scheiding van legeringen mogelijk wordt en dus hoogwaardig gerecycled vliegtuigmateriaal. “Ter ondersteuning van de voeg- en verwijderingsactiviteiten heeft INVENT een nieuwe technologie ontwikkeld om een ​​schadevrije scheiding van verlijmde composietcomponenten te realiseren. SUSTAINair geeft ons de mogelijkheid om het verder te ontwikkelen”, voegt Jesper de Wit, SUSTAINair projectmanager bij INVENT, toe.

Op Vliegpad 2050

De projectpartners lopen voorop in circulaire luchtvaart en streven doelstellingen na die zijn vastgelegd in de EU Green Deal en Flightpath 2050. De technologische innovaties die de transitie naar een circulaire economie met zich meebrengt, kunnen worden gezien als een weg om de economische effecten van de COVID-19 aan te pakken. pandemie in industrieën in de gehele toeleveringsketen van luchtvaartcomponenten.

De partners van het project zijn:AIT-LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen GmbH (Oostenrijk), Netherlands Aerospace Centre – NLR (Nederland), Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. – DLR (Duitsland), JOANNEUM RESEARCH (Oostenrijk), Johannes Kepler University Linz (Oostenrijk), Technische Universiteit Delft (Nederland), AEROCIRCULAR (België), INOCON Technologie GmbH (Oostenrijk), INVENT GmbH (Duitsland), Dutch Thermoplastic Components BV (Nederland), RTDS Association (Oostenrijk)

Dit SUSTAINair-project heeft financiering ontvangen van het Horizon 2020-onderzoeks- en innovatieprogramma van de Europese Unie in het kader van subsidieovereenkomst 101006952.