Carbonfasern sind leicht, extrem stabil und widerstandsfähig und daher für den Leichtbau besonders geeignet. Nicht nur in der Luft- und Raumfahrt kommt das Hightech-Material zum Einsatz. Auch Windräder und viele Sportartikel wie Skier und Tennisschläger werden daraus gefertigt. Bisher bestehen Carbonfasern jedoch aus Acrylnitril, einem zentralen, aber erdölbasierten Ausgangsstoff zur Herstellung der Leichtgewichte. Einem Forschungsteam um den Biotechnologen Thomas Brück von der Technischen Universität München (TUM) ist es nun gelungen, diese Hochleistungsfasern aus nachwachsenden Rohstoffen herzustellen. Das Projekt CarbonGreen wurde vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) gefördert. Daran beteiligt waren neben der TUM, das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB sowie die Unternehmen SGL Carbon und Airbus.

Algenöle in Glycerin umgewandelt 

Mit der Gewinnung von Ölen aus photosynthetisch aktiven Mikroalgen hatte das TUM-Team die Grundlage für die Innovation gelegt. „Über die Photosynthese binden die Mikroalgen das Treibhausgas CO₂, unter anderem in Form von Algenölen“, erläutert Projektkoordinator Brück. Mithilfe eines chemischen Prozesses konnte aus den Algenölen dann Glycerin gewonnen werden.

Neues Verfahren zur Produktion nachhaltiger Carbonfasern

Das Glycerin wurde wiederum in einem vom Fraunhofer IGB entwickelten Verfahren katalytisch in den zur Carbonfaserherstellung wichtigen Ausgangsstoff Acrylnitril umgewandelt. „Damit haben wir die Voraussetzung zur Produktion nachhaltiger Carbonfasern geschaffen, welche die gleichen Hochleistungseigenschaften wie konventionell hergestellte Carbonfasern aufweisen“, sagt Arne Roth, Abteilungsleiter am Fraunhofer IGB.  Den Forschenden zufolge ist der Prozess mittlerweile so weit fortgeschritten, dass er „bereit für den nächsten Skalierungsschritt, die industrielle Anwendung, ist“.

Biogene Carbonfasern bestehen Testflug

Die Produktion der nachhaltigen Carbonfasern übernahm der Industriepartner SGL Carbon. Das Unternehmen stellte daraus kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe, sogenannte Verbundlaminate, her. Nach erfolgreichen Tests hinsichtlich Technologie und Ökobilanz wurden die biogenen Carbonfasern vom Flugzeugbauer Airbus in einem „fliegenden Gerät“ verarbeitet und die Eignung für die Luftfahrt bei einem Testflug mit einem Forschungshubschrauber bewiesen.

Als Nächstes will das Konsortium die Technologie weiter optimieren und in die breite industrielle Anwendung bringen. „Unsere GreenCarbon-Wertschöpfungsroute bietet damit neue Potenziale für die Rohstoffwende in der chemischen Industrie, speziell in der Produktion kohlenstoffbasierter Hochleistungsmaterialien“, so Brück. Den Forschenden zufolge kann das Verfahren auch zur Produktion von nachhaltiger Acrylsäure genutzt werden, einem wichtigen Bestandteil von Kunststoffen, Lacken oder Klebstoffen.  

bb