16
Augsburg Branch Functional Lightweight Design Andrea Hohmann 28. April 2016 UNDERSTANDING THE EFFECT OF DIFFERENT ASPECTS ON THE PRIMARY ENERGY DEMAND OF CFRP-STRUCTURES
Augsburg Branch
Functional Lightweight Design
Andrea Hohmann 28. April 2016
UNDERSTANDING THE EFFECT OF DIFFERENT ASPECTS ON THE PRIMARY ENERGY DEMAND OF CFRP-STRUCTURES
© Augsburg Branch Lightweight Design
Content
Current status: LCA of CFRP-structures in the automotive industry
Motivation and goals
Overview of chosen scenarios
Investigated process chains
Life Cycle Assessment – used method
Data collection
Energy efficient processing
Results - the effect of different aspects on the PED
Summary and outlook
2
© Augsburg Branch Lightweight Design
Current status: LCA of CFRP-structures in the automotive industry
Source: Leichtbau in Mobilität und Fertigung; e-mobil Baden-Württemberg, 2012
Glo
bal w
arm
ing
po
ten
tial
Travel distance [km]
Steel 10kg
HP steel 8,5kg 15% LWP
Aluminum 6kg 40% LWP
CFRP 4,8kg 52% LWP
CFRP 2,1kg 80% LWP
3
© Augsburg Branch Lightweight Design
Motivation and goals
Ecologic evaluation of different manufacturing chains for CFRP structures
Guideline for energy efficient processing
Relationship between the different process steps
Impact of different manufacturing chains
Determination of ecological key performance indicators
4
© Augsburg Branch Lightweight Design
Overview of chosen scenarios
5
V1 = baseline
Use of renewable energy resources:
Sc 1: in PAN-fiber production (AN PAN)
Sc 2: in carbon fiber and part production
Sc 7: for recycling
Technological improvements:
Sc 3: optimized energy use in carbon fiber production
Sc 4: Reduction of material waste to 5%
Sc 5: Reduction of dwell time
Sc 6: Recycling with min./max. credit
𝑽𝟒 = 𝑺𝒁𝒊
𝟕
𝒊=𝟏
𝑽𝟐 = 𝑺𝒁𝒊
𝟐
𝒊=𝟏
𝑽𝟑 = 𝑺𝒁𝒊
𝟔
𝒊=𝟑
Sc… Scenario
V… Version
© Augsburg Branch Lightweight Design
Thermoset baseline
Final report (Project MAI Enviro)
Final machining
(milling) Assembly
Production
Carbon fiber
Manufacturing
bindered NCF
Preforming
(IR-heating / press)
Production
PAN-Fiber
Manufacturing
epoxy resin
Injection /
curing - RTM &
6
© Augsburg Branch Lightweight Design
Investigated process chains
Fluke 435
Fluke 1730
Power measurement
device
7
© Augsburg Branch Lightweight Design
LCA according to DIN EN ISO 14040/44
Fossil, metal and water depletion, primary energy demand, agricultural and urban land occupation
Climate change, acidification, photochemical oxidant formation,
eutrophication, ozone depletion, toxicity …
Production of primary product
Production of semi-product
… …
Energy- / power production
Emissions
Life cycle impact assessment
Depletion of resources
Resources
Life cycle phases Production phase Use phase End-of-Life-Phase
Iron ore mining
… …
Oil production
Coal mining
Mineral mining
Energy recovery
Disposal
… …
Re- use / Recycling
Production of final
products
Use / services
Technical system
… …
Mass and
energy
balance
8
© Augsburg Branch Lightweight Design
Environment
Technical background system
Technical foreground system
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
PAN-Faserherstellung
Acrylnitril
Polypropylen
...
Ammonium ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
PAN-Faserherstellung
Acrylnitril
Polypropylen
...
Ammonium ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
PAN-Faserherstellung
Acrylnitril
Polypropylen
...
Ammonium ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
PAN-Faserherstellung
Acrylnitril
Polypropylen
...
Ammonium ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
PAN-Faserherstellung
Acrylnitril
Polypropylen
...
Ammonium ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
PAN-Faserherstellung
Acrylnitril
Polypropylen
...
Ammonium ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
PAN-Faserherstellung
Acrylnitril
Polypropylen
...
Ammonium ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
PAN-Faserherstellung
Acrylnitril
Polypropylen
...
Ammonium ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
PAN-Faserherstellung
Acrylnitril
Polypropylen
...
Ammonium ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
PAN-Faserherstellung
Acrylnitril
Polypropylen
...
Ammonium ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
PAN-Faserherstellung
Acrylnitril
Polypropylen
...
Ammonium ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
PAN-Faserherstellung
Acrylnitril
Polypropylen
...
Ammonium ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
...
...
...
...
... ... …
... ... ... ... ... ...... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Technical primary products
Balancing method
Primärenergie aus erneuerbaren RessourcenPrimärenergie aus nicht erneuerbaren Ressourcen
Steinkohle(MJ)
Braunkohle(MJ)
Erdöl(MJ)
...(MJ)
Sonnenenergie(MJ)
Windenergie(MJ)
...(MJ)
9
Carbon fiber production
Textile manu- facturing
Preforming Injection /
curing Machining Assembly
Crude oil [MJ]
Primary energy from non-renewable resources Primary energy from renewable resources
Brown coal [MJ]
Hard coal [MJ]
Solar energy [MJ]
Wind energy [MJ]
… [MJ]
… [MJ]
© Augsburg Branch Lightweight Design
Data collection
Screening relevant
literature studies (~ 50 sources)
Evaluation of the data
(~15 sources)
Corroboration through industry
partners
Available data in each process steps (baseline)
Separate measurements for the defined process technologies
10
© Augsburg Branch Lightweight Design
Data collection
Source: Fraunhofer ICT-FIL
Process parameters
Part complexity
Pressure Source: KraussMaffei
Temperature Source: KraussMaffei
Source: Kuka Roboter
Velocity
LCA with GaBi-
Software
Energy efficient
processing
Source: LCC, TUM
Processes
11
© Augsburg Branch Lightweight Design
Energy efficient processing
12
Braiding: influence of lay-up rate (fiber type, core diameter/ fiber angle)
RTM: influence of cycle time and part geometry
© Augsburg Branch Lightweight Design
Overview of chosen scenarios
13
V1 = baseline
Use of renewable energy resources:
Sc 1: in PAN-fiber production (AN PAN)
Sc 2: in carbon fiber and part production
Sc 7: for recycling
Technological improvements:
Sc 3: optimized energy use in carbon fiber production
Sc 4: Reduction of material waste to 5%
Sc 5: Reduction of dwell time
Sc 6: Recycling with min./max. credit
𝑽𝟒 = 𝑺𝒁𝒊
𝟕
𝒊=𝟏
𝑽𝟐 = 𝑺𝒁𝒊
𝟐
𝒊=𝟏
𝑽𝟑 = 𝑺𝒁𝒊
𝟔
𝒊=𝟑
Sc… Scenario
V… Version
© Augsburg Branch Lightweight Design
Results for thermoset process chains
14
© Augsburg Branch Lightweight Design
Summary and outlook
Summary
Use of energies from renewable resources ~40% reduction
Technological improvements ~50% reduction
Renewable energies and technological improvements ~70% reduction
of the PED (from non-renewable resources) compared to the baseline
Outlook
Set-up of a CFRP-database in GaBi software
Product specific LCA possible
Comparison of manufacturing chains
Evaluation of innovative processes
15
© Augsburg Branch Lightweight Design
Augsburg Branch Functional Lightweight Design
Am Technologiezentrum 2 86159 Augsburg Germany
+49 821 90678-200 www.ict.fraunhofer.de/fil
Thank you for your attention
16
