Kohlenstofffasern zählen zu den Hightech-Fasern der Industrie: Sie sind sehr leicht, aber extrem belastbar und zudem hitzebeständig. Die technischen Anwendungen für die sogenannten Carbonfasern sind daher breit gefächert. Vor allem im Fahrzeugbau sowie in der Luft- und Raumfahrt werden sie als Teil von Faserverbundwerkstoffen eingesetzt.

Doch die gängige Herstellung der Carbonfasern beruht auf dem erdölbasierten Stoff Polyacrylnitril. Dieser ist nicht nur selbst giftig, auch bei seiner Produktion entstehen giftige Abgase, die gereinigt werden müssen. Das Herstellungsverfahren ist daher wenig ökologisch und zudem teuer. Doch es geht auch anders, wie Forschende vom Kompetenzzentrum Biopolymerwerkstoffe am Deutschen Institut für Textil- und Faserforschung (DITF) Denkendorf beweisen. Das DITF gehört zur Zuse-Gemeinschaft.

Preis für Cellulosefasern

Das von ihnen entwickelte und patentierte Verfahren namens HighPerCellCarbon wurde Anfang des Jahres im Rahmen der „International Conference on Cellulose Fibres 2022“ zum Gewinner des „Cellulose Fibre Innovation of the Year 2022 Award” gekürt. Mit dem Preis würdigt das nova-Institut für Ökologie und Innovation bereits zum zweiten Mal herausragende wissenschaftliche Forschungen, die nachhaltige Lösungen für die Wertschöpfungskette von Cellulosefasern liefern.

Umweltfreundliche Produktion biobasierter Carbonfasern

Das preisgekrönte Verfahren der DITF-Forschenden überzeugte in puncto Nachhaltigkeit gleich mehrfach: So nutzen die Forschenden statt Erdöl Holz – unter anderem Zellstoff und Lignin aus Buchenholz –, um die begehrte Hightech-Faser herzustellen. Zum anderen haben sie damit ein Verfahren geschaffen, das weder Abgase noch andere giftige Nebenprodukte verursacht, sondern sämtliche Lösungsmittel und Vorläuferfasern auch vollständig recycelt.

Alternative zu fossilen Produktionsverfahren

Das HighPerCellCarbon-Verfahren umfasst das Nassspinnen von Cellulosefasern unter Verwendung ionischer Flüssigkeiten als Direktlösungsmittel. Das Filamentspinnverfahren stellt den zentralen technischen Teil. Es erfolgt in einem umweltfreundlichen und geschlossenen System. Das Lösungsmittel wird dabei vollständig rezykliert.

Die auf diesem Wege erzeugten Cellulosefasern werden in einem weiteren Entwicklungsschritt durch einen Niederdruck-Stabilisierungsprozess direkt in Carbonfasern umgewandelt, gefolgt von einem geeigneten Carbonisierungsprozess. Das von Forschenden um Frank Hermanutz weiterentwickelte und nun prämierte Verfahren ist somit eine umweltfreundliche und nachhaltige Alternative zum fossilen Produktionsverfahren. Am neuen Technikum Laubholz soll das Verfahren der DITF-Forschenden zur Marktreife geführt werden.

bb