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20.08.2018 | Materialentwicklung | Nachricht | Onlineartikel

Hightech-Fasern aus Papier

Autor:
Nadine Winkelmann

Ein Nachwuchswissenschaftler von TU Dresden und dem Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. hat erforscht, wie leistungsstarke und nachhaltige Kohlenstofffasern kostengünstig hergestellt werden können.

Besonders leicht und äußerst stabil: Kohlenstofffasern werden von der Automobilindustrie, Windenergie-Branche sowie Raum-, Luft- und Schifffahrt bevorzugt für Leichtbauanwendungen genutzt. So kann Gewicht und Kraftstoff gespart und die Leistung gesteigert werden. Bisher wird das Verbundmaterial aus Kohlen- und Kunststoff jedoch überwiegend aus Erdöl oder Pech hergestellt. Das ist teuer, verbraucht endliche Ressourcen und kann die steigende Nachfrage bald nicht mehr decken. Seit mehr als 60 Jahren versuchen Forscher hochwertige Fasern aus biogenen Abfallprodukten herzustellen, seit 20 Jahren konzentriert sich die Forschung auf Lignin. Aber erst durch die Forschungsergebnisse von Muhannad Al Aiti, Nachwuchswissenschaftler an der TU Dresden und am Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V., ist umfänglich bekannt, wie nachhaltige Hightech-Fasern erfolgreich hergestellt werden könnten. Damit ist der Startschuss für eine ökologische, kostengünstige und massentaugliche Alternative zu klassischen Kohlenstofffasern gefallen.

Lignin kostengünstig aufbereiten

Lignin macht circa 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 fünfzig Millionen Tonnen 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“, so Al Aiti. Bisherige Forschungen konzentrieren sich auf die chemische Zusammensetzung. Doch Al Aiti hat einen anderen Ansatz verfolgt: Er hat Material und Produktionsprozess aus physikalischer und chemischer Perspektive betrachtet 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 Al Aiti weiter am Produktionsprozess der nachhaltigen Hightech-Fasern. Ab Mitte August wird er Experimente an der Technischen Universität Tampere in 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.

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