INVENT Partner met SUSTAINair voor Vliegtuig Circulariteit

Horizon 2020 project SUSTAINair, een samenwerking van 11 Europese onderzoeksorganisaties en industriële partners, werd recent gelanceerd in januari 2021 om oplossingen te onderzoeken en te ontwikkelen om een circulaire luchtvaarteconomie te bereiken. Dit omvat het verhogen van resource-efficiëntie en vliegtuigprestaties terwijl afval en materiaalkosten gedurende de vliegtuiglevenscyclus worden verminderd. Consortiumpartners merken op dat ondanks de duik van de luchtvaartsector in onzekerheid, het stimuleren van de post-pandemie luchtvaartindustrie's groene transitie een strategisch doel blijft van regeringen die een pad naar herstel bieden.

Doelstellingen en Coordinatie

Specifiek streeft het EU-gefinancierde onderzoek ernaar de gehele luchtvaart toeleveringsketen ecosysteem groener te maken in lijn met het Circular Economy Action Plan, nieuwe standaarden te stellen voor luchtvaartproductie en een toename in cross-sector synergieën mogelijk te maken. Het SUSTAINair project wordt verwacht de luchtvaartsector een startbaan te bieden naar een meer kosteneffectieve, laag-koolstof economie terwijl de toename in resourceverbruik, afval en emissies aangepakt wordt. Het is goedgekeurd door de Future Sky onderzoeksinitiatief van de Association of European Research Establishments in Aeronautics (EREA).

Gecoördineerd door Jürgen Roither, research engineer bij het Center for Low-Emission Transport bij het Austrian Institute of Technology AIT-LKR (Seibersdorf), Oostenrijk's grootste onderzoek- en technologieorganisatie, strekt het project zich uit over een periode van 3,5 jaar met een budget van €5 miljoen.

Roither benadrukt de complementaire functie van elk projectpartner binnen een specifieke circulaire economie fase van de vliegtuiglevenscyclus. "SUSTAINair adresneert alle fasen van de vliegtuigcomponent waardeketen van circulair ontwerp tot productie, onderhoud en reparatie, tot assemblage en recycling, en zal uitblinken door de gecombineerde competentie en expertise van zijn projectpartners," zegt hij.

Roither voegt toe dat materiaalinnovaties in de streng gereguleerde luchtvaartsector gecertificeerd moeten worden om te vliegen. Vanwege dit, zoekt SUSTAINair advies van de European Union Aviation Safety Agency (EASA, Keulen, Duitsland), wat geleid zal worden door EASA Senior Research Coordinator, Willy Sigl.

"De bijdragen van EASA zullen de time-to-market van nieuwe innovatieve producten en businessmodellen verminderen en een hoog niveau van veiligheid, beveiliging en milieubescherming mogelijk maken. EASA ondersteunt daarom geselecteerde onderzoeksprojecten, zoals SUSTAINair, in een advisorende rol betreffende certificering, regulering en veiligheidsbeoordelingsaspecten," zegt Sigl.

Composiet Vezel Specialist Deelt Project

Composiet vezel specialist INVENT GmbH (Braunschweig, Duitsland) heeft zich ook aangesloten bij het SUSTAINair project. Sinds 1996 heeft INVENT GmbH hoog-precisie structurele componenten ontwikkeld en geproduceerd als een EN 9100- en Nadcap-gecertificeerd bedrijf, van het initiële idee tot serieproductie. Deze technologische know-how en de productiefaciliteiten zullen binnen het project gebruikt en verder ontwikkeld worden om kostenefficiënte circulaire economie benaderingen voor composietvezels te bereiken.

Verder stelt INVENT's sterke verbinding met de high-tech luchtvaartsector het bedrijf in staat om bij te dragen aan een reeks high-impact activiteiten binnen het project. Ontwikkeling van variabele vorm vleugels (morphing), integratietechnologieën voor sensortechnologie en nieuwe hergebruikstechnieken van productie-afval, zijn slechts een paar. INVENT speelt een sleutelrol in de coördinatie en component-productie voor de demonstratie van de technologieën ontwikkeld in SUSTAINair. De basis verbinding, interface ontwerp en metaal productietechnologieën zullen overgedragen worden naar complexere joint demonstrators, die sensorintegratie voor structurele gezondheidsmonitoring (SHM) zullen omvatten en zullen worden geproduceerd, getest en geëvalueerd om de projectdoelen te valideren.

"Het SUSTAINair project kiest een heel holistische benadering van het concept van circulaire economie, afgestemd op de luchtvaartcontext. Dit maakt dit een opwindend project om deel van uit te maken en geeft het potentieel voor een echte en duurzame impact, niet alleen voor het milieu, en de industrie maar ook met betrekking tot standaardisatiebeleid," vat Marc Joulian, SUSTAINair project manager bij INVENT, samen.

De Buy-to-Fly Ratio Lanceren

De circulaire economie is een benadering om het meest uit middelen te halen door ze zo lang mogelijk in gebruik te houden, wat hun totale waarde gedurende hun levenscyclus verhoogt. De luchtvaartvraag naar hoog-kwaliteit materiaal wordt typisch vergezeld door grote hoeveelheden afval tijdens het productieproces. Dit geldt voor zowel metaalalen als composieten.

De nieuwe upcycling- en recyclingmethoden ontwikkeld binnen SUSTAINair voor zowel metaal als composiet luchtvaartmaterialen, zullen naar verluidt bijdragen aan een grote reductie van afval geïncurreerd tijdens de productie en end-of-life (EOL) processen. Upcycling oplossingen zullen ontwikkeld worden voor koolstof- en glasvezel thermohardende materialen, alsook high-performance thermoplastische composieten.

SUSTAINair coördinator Roither voegt toe dat het project streeft ernaar near net-shape componenten (geproduceerd zo dicht mogelijk bij de afmetingen en vorm van het eindproduct) te ontwikkelen voor de luchtvaartindustrie om de buy-to-fly ratio dicht bij één te brengen, wat imperatief is als meer materiaal langs de keten gebruikt wordt dan weggegooid. Dit wordt verkregen door recent uitgevonden nano-eutectische aluminiumalen bij AIT-LKR in combinatie met geavanceerde hoge-druk die-casting technologieën te gebruiken. "Zulk verwerken is bekend in de automotive industrie als 'snel en efficiënt.' SUSTAINair's aangepaste techniek en materialen zullen de productie van luchtvaartcomponenten 'snel, efficiënt en schoon' maken," zegt Roither.

Nieuwe Luchtvaartstructuren voor Gewichts- en CO₂ Reductie

Nieuwe metaalalen en composietmaterialen, zoals koolstofvezel-versterkte polymeren (CFRP), worden gebruikt om massa te verminderen en aerodynamische efficiëntie te verhogen, wat brandstofverbruik tijdens vluchtoperaties verbetert, en dus emissies vermindert. Kleine veranderingen in de materialen of de vliegtuigstructuur kunnen grote resultaten hebben wanneer het aankomt op brandstofverbruik.

Met dat in gedachten, worden SUSTAINair consortiumpartners verwacht niet alleen nieuwe materialen voor een flexibele vleugel te ontwikkelen, maar ook technieken voor de integratie van sensoren in het materiaal gebruikt in dergelijke vliegtuigcomponenten. Bijvoorbeeld, het monitoren van real-time data stelt operators in staat om het vliegpad van een vliegtuig aan te passen resulterend in lager brandstofverbruik, terwijl de veiligheid en betrouwbaarheid van aero-structuren verhoogd wordt, alsook onderhoudskosten verminderd worden.

Zo'n combinatie van metaal en composietmaterialen komt niet zonder technologische uitdagingen voor verbindings- en reparatieoperaties, evenals voor circulaire benaderingen in het EOL proces. "Wat uniek is aan SUSTAINair is dat het ontwerpproces gevormd zal worden om innovatieve technieken langs de waardeketen toe te staan die het materiaal een langer leven met meer waarde geven, rekening houdend met EOL demontage en upcycling," zegt Chiara Bisagni, professor in luchtvaartstructuren en AIAA Fellow, bij TU Delft, Nederland.

Demontage Robot voor Verbeterde Recycleerbaarheid

Vliegtuigen bestaan uit veel onderdelen van diverse materialen die verbonden moeten worden. Momenteel wordt de verbinding gedaan door gebruik te maken van nietjes, die moeilijk te verwijderen zijn. Dit maakt scheiding, en de efficiënte recycling van vliegtuigcomponenten uitdagend en kostbaar tot het punt van niet economisch haalbaar. Nietjes maken vliegtuigen ook zwaarder, wat negatief brandstofverbruik beïnvloedt. De specifieke expertise van projectpartners in lassen en in andere verbindingstechnieken kan uiteindelijk de behoefte aan nietjes elimineren. Volgens projectpartners kan deze innovatie niet geadopteerd worden zonder veranderingen in de huidige standaarden gegeven door luchtvaartautoriteiten zoals EASA.

Industrie 4.0 technologie introducerend in vliegtuig EOL verwerking, is het SUSTAINair project ook van plan een robotkop te ontwikkelen die automatisch nietjes detecteert en verwijdert, wat aleis scheiding en dus hogere waarde gerecycleerd vliegtuigmateriaal mogelijk maakt. "Om de verbindings- en verwijderingsactiviteiten te ondersteunen, heeft INVENT een nieuwe technologie ontwikkeld om schade-vrije scheiding van lijm-gebonden composietcomponenten te realiseren. SUSTAINair geeft ons de kans om dit verder te ontwikkelen," voegt Jesper de Wit, SUSTAINair project manager bij INVENT, toe.

Op Flightpath 2050

De projectpartners staan aan de voorhoede van circulaire luchtvaart die doelen nastreven gesteld door de EU Green Deal en Flightpath 2050. De technologische innovaties voortgebracht door de overgang naar een circulaire economie kunnen gezien worden als een pad voor het aanpakken van de economische effecten van de COVID-19 pandemie in industrieën langs de gehele luchtvaartcomponent toeleveringsketen.

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), Delft University of Technology (Nederland), AEROCIRCULAR (België), INOCON Technologie GmbH (Oostenrijk), INVENT GmbH (Duitsland), Dutch Thermoplastic Components B.V. (Nederland), RTDS Association (Oostenrijk)

Dit SUSTAINair project heeft financiering ontvangen van de Europese Unie's Horizon 2020 onderzoek- en innovatieprogramma onder grant agreement 101006952.