Carbon aus nachwachsendem Rohstoff Lignin

Bisher werden Kohlenstofffasern für den beliebten Leichtbauwerkstoff CFK überwiegend aus Erdöl oder Pech hergestellt. Das ist teuer, verbraucht endliche Ressourcen und kann die steigende Nachfrage bald nicht mehr decken.

Muhannad Al Aiti, Nachwuchswissenschaftler an der TU Dresden und am Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. hat sich für die Herstellung von Kohlenstofffasern auf der Basis des nachwachsenden Rohstoffes Lignin entschieden. Lignin macht ca. 20 bis 30 Prozent der Trockenmasse verholzter Pflanzen aus. Es ist ein Abfallprodukt der Papierindustrie, das massenhaft und kostengünstig zur Verfügung steht.

„Jedes Jahr fallen etwa 50 Mio. t Lignin in der Papierindustrie an, die bisher fast vollständig wieder verbrannt werden. Schon lange versuchen Wissenschaftler weltweit, massentaugliche Lignin-basierte Kohlenstofffasern herzustellen. Mich hat interessiert, wie Lignin kostengünstig aufbereitet und zu Fasern verarbeitet werden kann, um dem Massenmarkt zu genügen. Die hohen Herstellungskosten der etablierten Kohlenstofffasern blockieren den Durchbruch am Markt bisher.“
(Muhannad Al Aiti, Nachwuchswissenschaftler an der TU Dresden und am Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V)

Seit den 1950er Jahren suchen Ingenieure, Werkstoffwissenschaftler und Chemiker weltweit nach geeigneten Rohstoffen und Produktionsbedingungen, um ökologische Kohlenstofffasern herstellen zu können – mit bestimmten mechanischen Eigenschaften und zu einem Preis, der vor allem für die Automobilindustrie und Windenergie-Branche attraktiv sein muss.

Bisherige Forschungen konzentrieren sich dabei auf die chemische Zusammensetzung. Al Aiti dagegen hat sich Material und Produktionsprozess aus physikalischer und chemischer Perspektive angeschaut und jeden einzelnen Herstellungsschritt untersucht. Dadurch konnte er einen umfangreichen Kriterienkatalog erstellen, an dem Wissenschaft und Wirtschaft nun ablesen können, wie erfolgsversprechend die eigenen ökologischen Kohlenstofffasern sind.

Aktuell forscht der Wissenschaftler weiter am Produktionsprozess der nachhaltigen Hightech-Fasern. Ab Mitte August wird er Experimente an der Technischen Universität Tampere (Finnland) durchführen. Nur dort kann er die Lignin-basierten Kohlenstofffasern mit einem speziellen Spinnverfahren herstellen.

Ziel ist, Lignin in einem industrialisierbaren Prozess so aufzuarbeiten, dass daraus leistungsfähige, kostengünstige und massentaugliche ökologische Kohlenstofffasern entstehen. Die Forschungsergebnisse dazu sollen noch in diesem Jahr veröffentlicht werden.

„Muhannad Al Aiti konnte seine Forschungsergebnisse in der weltweit zweitwichtigsten Fachzeitschrift im Bereich Werkstoffwissenschaften veröffentlichen. Das erreichen sonst nur gestandene Wissenschaftler. Der Beitrag unseres Doktoranden Muhannad Al Aiti wurde von internationalen Gutachtern als bedeutend eingeschätzt und sehr schnell zur Veröffentlichung angenommen. Das ist ziemlich beeindruckend und zeigt die große internationale Bedeutung der Forschungsergebnisse.“
(Doktorvater Prof. Gert Heinrich, Seniorprofessor für Polymerwerkstoffe an TUD und IPF).

Bild: Das braune Lignin ist ein Abfallprodukt der Papierindustrie. Schon bald soll es zur Herstellung von ökologischen Kohlenstofffasern eingesetzt werden. Die etablierten schwarzen Kohlenstofffasern werden auf der Basis von Erdöl oder Pech produziert (Quelle: Muhannad Al Aiti)

Quelle und weitere Infos: ILK TU Dresden, DNN, Kunststoffe, die Veröffentlichung im Original (Download)