Ahli komposit Jerman INVENT bekerja sama di SUSTAINair untuk meningkatkan sirkularitas pesawat
Proyek Horizon 2020 SUSTAINair, sebuah kolaborasi dari 11 organisasi penelitian dan mitra industri Eropa, baru-baru ini diluncurkan pada Januari 2021 untuk meneliti dan mengembangkan solusi untuk mencapai ekonomi penerbangan sirkular. Ini termasuk meningkatkan efisiensi sumber daya dan kinerja pesawat sambil mengurangi limbah dan biaya material sepanjang siklus hidup pesawat. Mitra konsorsium mencatat bahwa meskipun sektor kedirgantaraan terjun ke dalam ketidakpastian, mendorong transisi hijau industri penerbangan pasca-pandemi tetap menjadi tujuan strategis pemerintah yang menyediakan jalan menuju pemulihan.
Lebih khusus lagi, penelitian yang didanai Uni Eropa bertujuan untuk membuat seluruh ekosistem rantai pasokan penerbangan lebih hijau sejalan dengan Circular Economy Action Plan, menetapkan standar baru untuk manufaktur kedirgantaraan dan memungkinkan peningkatan sinergi lintas sektor. Proyek SUSTAINair diharapkan menyediakan landasan bagi sektor penerbangan menuju ekonomi rendah karbon yang lebih hemat biaya sambil mengatasi peningkatan konsumsi sumber daya, limbah, dan emisi. Ini telah didukung oleh inisiatif penelitian Future Sky dari Association of European Research Establishments in Aeronautics (EREA).
Dikoordinasikan oleh Jürgen Roither, insinyur penelitian di Pusat Transportasi Rendah Emisi di Institut Teknologi Austria AIT-LKR ( Seibersdorf), organisasi penelitian dan teknologi terbesar di Austria, proyek ini akan berlangsung selama 3,5 tahun dengan anggaran €5 juta.
Roither menekankan fungsi pelengkap dari setiap mitra proyek dalam tahap ekonomi sirkular tertentu dari siklus hidup pesawat. “SUSTAINair menangani semua fase rantai nilai komponen pesawat mulai dari desain melingkar hingga manufaktur, pemeliharaan dan perbaikan, hingga perakitan dan daur ulang, dan SUSTAINair akan unggul melalui kompetensi dan keahlian gabungan dari mitra proyeknya,” katanya.
Roither menambahkan bahwa inovasi material di sektor penerbangan yang sangat diatur perlu disertifikasi agar dapat terbang. Karena itu, SUSTAINair meminta saran dari Badan Keselamatan Penerbangan Uni Eropa (EASA, Cologne, Jerman), yang akan dipimpin oleh Koordinator Riset Senior EASA, Willy Sigl.
“Kontribusi EASA akan mengurangi waktu untuk memasarkan produk dan model bisnis baru yang inovatif dan memungkinkan tingkat keselamatan, keamanan, dan perlindungan lingkungan yang tinggi. Oleh karena itu, EASA mendukung proyek penelitian terpilih, seperti SUSTAINair, dalam peran sebagai penasihat terkait aspek sertifikasi, regulasi, dan penilaian keselamatan,” kata Sigl.
Pakar serat komposit bergabung dengan proyek ini
Spesialis serat komposit INVENT GmbH (Braunschweig, Jerman) juga telah bergabung dengan proyek SUSTAINair. Sejak tahun 1996, INVENT GmbH telah mengembangkan dan memproduksi komponen struktural presisi tinggi sebagai perusahaan bersertifikat EN 9100 dan Nadcap, dari ide awal hingga produksi seri. Pengetahuan teknologi dan fasilitas manufaktur ini akan digunakan dan dikembangkan lebih lanjut dalam proyek untuk mencapai pendekatan ekonomi sirkular yang hemat biaya untuk serat komposit.
Selanjutnya, hubungan kuat INVENT dengan sektor aeronautika berteknologi tinggi memungkinkan perusahaan untuk berkontribusi pada berbagai kegiatan berdampak tinggi dalam proyek. Pengembangan sayap bentuk variabel (morphing), teknologi integrasi untuk teknologi sensor dan teknik penggunaan kembali limbah produksi yang baru, hanyalah beberapa di antaranya. INVENT memainkan peran kunci dalam koordinasi dan pembuatan komponen untuk demonstrasi teknologi yang dikembangkan di SUSTAINair. Penggabungan dasar, desain antarmuka, dan teknologi manufaktur logam akan ditransfer ke demonstran gabungan yang lebih kompleks, yang akan mencakup integrasi sensor untuk pemantauan kesehatan struktural (SHM) dan akan diproduksi, diuji, dan dievaluasi untuk memvalidasi pencapaian tujuan proyek.
“Proyek SUSTAINair memilih pendekatan yang sangat holistik terhadap konsep ekonomi sirkular yang menyesuaikannya dengan konteks aeronautika. Hal ini membuat proyek ini menarik untuk menjadi bagian dan memberikan potensi dampak yang nyata dan langgeng, tidak hanya bagi lingkungan, dan industri, tetapi juga dalam kaitannya dengan kebijakan standardisasi,” rangkum Marc Joulian, manajer proyek SUSTAINair di INVENT.
Mendapatkan rasio beli-untuk-terbang
Ekonomi sirkular adalah pendekatan untuk memaksimalkan sumber daya dengan menjaganya agar tetap digunakan selama mungkin, sehingga meningkatkan nilai totalnya sepanjang siklus hidupnya. Permintaan dirgantara untuk bahan berkualitas tinggi biasanya disertai dengan sejumlah besar limbah selama proses pembuatan. Ini berlaku untuk paduan logam dan komposit.
Metode up- dan daur ulang baru yang dikembangkan dalam SUSTAINair untuk material penerbangan logam dan komposit, dilaporkan akan berkontribusi pada pengurangan besar limbah yang terjadi selama proses manufaktur dan akhir masa pakai (EOL). Solusi daur ulang akan dikembangkan untuk material termoset serat karbon dan kaca, serta komposit termoplastik berperforma tinggi.
Koordinator SUSTAINair Roither menambahkan bahwa proyek ini bertujuan untuk mengembangkan komponen berbentuk jaring (diproduksi sedekat mungkin dengan ukuran dan bentuk produk jadi) untuk industri penerbangan guna mengurangi rasio beli-untuk-terbang mendekati satu, yang sangat penting jika lebih banyak bahan yang digunakan di sepanjang rantai daripada yang dibuang. Ini diperoleh dengan menggunakan paduan aluminium nano-eutektik yang baru ditemukan di AIT-LKR dalam kombinasi dengan teknologi die-casting bertekanan tinggi yang canggih. “Pemrosesan seperti itu dikenal di industri otomotif sebagai ‘cepat dan efisien.’ Teknik dan material yang diadaptasi dari SUSTAINair akan membuat pembuatan komponen kedirgantaraan menjadi ‘cepat, efisien, dan bersih,'” kata Roither.
Struktur kedirgantaraan baru untuk mengurangi berat, CO2 emisi
Paduan logam baru dan material komposit, seperti polimer yang diperkuat serat karbon (CFRP), digunakan untuk mengurangi massa dan meningkatkan efisiensi aerodinamis, meningkatkan konsumsi bahan bakar selama operasi penerbangan, dan karenanya mengurangi emisi. Perubahan kecil pada material atau struktur pesawat dapat berdampak besar dalam hal konsumsi bahan bakar.
Dengan pemikiran tersebut, mitra konsorsium SUSTAINair diharapkan untuk mengembangkan tidak hanya bahan baru untuk sayap fleksibel, tetapi juga teknik untuk integrasi sensor dalam bahan yang digunakan dalam komponen pesawat tersebut. Misalnya, pemantauan data waktu nyata memungkinkan operator untuk menyesuaikan jalur penerbangan pesawat yang menghasilkan konsumsi bahan bakar yang lebih rendah, sekaligus meningkatkan keselamatan dan keandalan aero-struktur, serta mengurangi biaya perawatan.
Namun, kombinasi logam dan material komposit seperti itu bukan tanpa tantangan teknologi untuk operasi penyambungan dan perbaikan, serta untuk pendekatan sirkular dalam proses EOL. “Yang unik dari SUSTAINair adalah bahwa proses desain akan dibentuk untuk memungkinkan teknik inovatif di sepanjang rantai nilai yang akan memberi material masa pakai lebih lama dengan nilai lebih, memperhitungkan pembongkaran dan daur ulang EOL,” kata Chiara Bisagni, profesor di bidang kedirgantaraan struktur dan AIAA Fellow, di TU Delft, Belanda.
Robot pembongkaran untuk meningkatkan kemampuan daur ulang
Pesawat terdiri dari banyak bagian dari berbagai bahan yang perlu disambung. Saat ini penyambungan dilakukan dengan menggunakan paku keling yang sulit dilepas. Hal ini membuat pemisahan, dan daur ulang komponen pesawat yang efisien menjadi tantangan dan mahal hingga tidak layak secara ekonomi. Paku keling juga membuat pesawat lebih berat, berdampak negatif terhadap konsumsi bahan bakar. Keahlian khusus mitra proyek dalam pengelasan dan teknik penyambungan lainnya pada akhirnya dapat menghilangkan kebutuhan akan paku keling. Menurut mitra proyek, inovasi ini tidak dapat diadopsi tanpa perubahan standar saat ini yang diberikan oleh otoritas penerbangan seperti EASA.
Memperkenalkan teknologi Industri 4.0 dalam pemrosesan EOL pesawat, proyek SUSTAINair juga mengembangkan kepala robot yang secara otomatis mendeteksi dan melepas paku keling, memungkinkan pemisahan paduan dan karenanya bahan pesawat daur ulang bernilai lebih tinggi. “Untuk mendukung aktivitas penyambungan dan pelepasan, INVENT telah mengembangkan teknologi baru untuk mewujudkan pemisahan bebas kerusakan pada komponen komposit berikat perekat. SUSTAINair memberi kami kesempatan untuk mengembangkannya lebih lanjut,” tambah Jesper de Wit, manajer proyek SUSTAINair di INVENT.
Di Jalur Penerbangan 2050
Mitra proyek berada di garis depan penerbangan sirkular mengejar tujuan yang ditetapkan oleh Kesepakatan Hijau UE dan Jalur Penerbangan 2050. Inovasi teknologi yang dibawa oleh transisi ke ekonomi sirkular dapat dilihat sebagai jalur untuk mengatasi dampak ekonomi dari COVID-19 pandemi di industri di sepanjang rantai pasokan komponen penerbangan.
Mitra proyek ini adalah:AIT-LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen GmbH (Austria), Pusat Dirgantara Belanda – NLR (Belanda), Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. – DLR (Jerman), JOANNEUM RESEARCH (Austria), Johannes Kepler University Linz (Austria), Delft University of Technology (Belanda), AEROCIRCULAR (Belgia), INOCON Technologie GmbH (Austria), INVENT GmbH (Jerman), Komponen Termoplastik Belanda BV (Belanda), Asosiasi RTDS (Austria)
Proyek SUSTAINair ini telah menerima dana dari program penelitian dan inovasi Horizon 2020 Uni Eropa di bawah perjanjian hibah 101006952.
