Kohlenstofffasern, auch Carbonfasern genannt, gehören zu den Lieblingsmaterialien der Werkstoffforscher und Ingenieure. Der Grund: Das Material ist sehr leicht und zugleich äußerst stabil. Automobilindustrie, Windenergie-Branche sowie Raum-, Luft- und Schifffahrt nutzen das Verbundmaterial aus Kohlen- und Kunststoff daher bereits bevorzugt für Leichtbauanwendungen. Allerdings wird das vielseitige Material beziehungsweise die enthaltenen Kohlenstofffasern bisher noch überwiegend aus Erdöl oder Pech hergestellt. Das ist in der Herstellung nicht nur teuer, sondern verbraucht enorm viele Ressourcen und kann die steigende Nachfrage bald nicht mehr decken.

Kostengünstige, nachhaltige Carbonfasern aus Lignin

Ein Nachwuchswissenschaftler der Technischen Universität Dresden und des Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF) , Muhannad Al Aiti, erforscht deshalb, wie Kohlenstofffasern aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden können. Den Ansatz, die Carbonfasern aus biologischen Abfallprodukten herzustellen, verfolgen Forscher schon lange. In den letzten 20 Jahren konzentrierte sich ihre Arbeit hierbei auf Lignin als Ausgangsmaterial. Al Aiti scheint nun ein Rezept gefunden zu haben, wie solch nachhaltige Fasern aus Lignin hergestellt werden können.

Lignin ist einer der Hauptbestandteile von Pflanzenzellen und sorgt vor allem bei holzigen Gewächsen wie Bäumen oder Sträuchern für ihre Stabilität. In der Papierindustrie zählt Lignin jedoch als Abfallprodukt und steht daher kostengünstig und in großen Mengen zur Verfügung. „Jedes Jahr fallen etwa fünfzig Millionen Tonnen Lignin in der Papierindustrie an, die bisher fast vollständig wieder verbrannt werden“, so Al Aiti.

Kriterienkatalog für günstige Herstellung

Bisher sei die Ligninaufbereitung relativ kompliziert und versperre durch hohe Aufbereitungskosten den Weg von ligninbasierten Carbonfasern auf den Markt, so Al Aiti weiter. Deshalb hat er jeden Schritt des Produktionsprozesses untersucht und einen umfangreichen Kriterienkatalog erstellt, an dem Wissenschaft und Wirtschaft jeweils ablesen können, wie erfolgsversprechend ihre Ansätze für ökologische Kohlenstofffasern sind. Einen Teil der Forschungsergebnisse hat Al Aiti zusammen mit einem interdisziplinären Team der TU Dresden und des IPF in der renommierten Fachzeitschrift „Progress in Materials Science“ bereits veröffentlicht.

Großes internationales Interesse

Die Publikation traf auf großes internationales Interesse und führte zu einer Anfrage nach einem gemeinsamen Forschungsprojekt auf EU-Ebene. Ab Mitte August wird Al Aiti zudem seine Experimente zur Herstellung der nachhaltigen Hightech-Faser an der Technischen Universität Tampere in Finnland durchführen, denn nur dort kann er ligninbasierte Kohlenstofffasern mit einem speziellen Spinnverfahren herstellen. Das Ziel: Lignin soll in einem industrialisierbaren Prozess so aufgearbeitet werden, dass daraus leistungsfähige, kostengünstige und massentaugliche ökologische Kohlenstofffasern entstehen.

jmr