EU-Projekt LIBRE<\/a> (Lignin-based carbon fibres for composites) zur Marktreife bringen.2<\/p>\nLignin sorgt f\u00fcr das Verholzen von Gr\u00e4sern, Stauden, Str\u00e4uchern und B\u00e4umen. Das Polymer verklebt Cellulosefasern in den Zellw\u00e4nden der Pflanzen und verfestigt sie, sodass selbst \u00fcber 100 Meter hohe Mammutb\u00e4ume nicht einknicken. In den Papierfabriken fallen jedes Jahr mehrere Millionen Tonnen Lignin als Reststoff an. Statt es wie bisher meist zu verbrennen, formen die Verbundpartner das beige-braune Pulver so um, dass es sich zu F\u00e4den verspinnen l\u00e4sst. Diese werden in einem weiteren Prozess zu den anthrazitfarbenen Carbonfasern umgewandelt.<\/p>\n
Bislang werden die Ausgangsfasern meist aus Polyacrylnitril in einem Nassspinnverfahren hergestellt.3 Der Prozess ist empfindlich und langwierig. \u201eDarauf entf\u00e4llt die H\u00e4lfte der Kosten der Carbonfaserherstellung\u201c, erkl\u00e4rt Frank. Au\u00dferdem sind sowohl der Grundbaustoff Acrylnitril als auch die verwendeten L\u00f6sungsmittel giftig. Entstehende Abgase bei der thermischen Weiterbehandlung m\u00fcssen entsprechend aufwendig gereinigt werden. Ganz selten wird auch Pech als Basis f\u00fcr besonders steife und zugfeste Carbonfasern verwendet. Hierbei fallen jedoch noch h\u00f6here Aufbereitungskosten an, so Frank.<\/p>\n
\u201eUm die Ausgangsfasern herzustellen, verwenden wir ein Schmelzspinnverfahren, weil es preiswerter ist und ohne L\u00f6sungsmittel auskommt\u201c, erkl\u00e4rt Frank. Zun\u00e4chst muss das meist unschmelzbare Lignin schmelzbar gemacht werden. Daf\u00fcr modifiziert Franks Team das Lignin chemisch oder vermischt es mit schmelzbaren Additiven.<\/p>\n
Spinnf\u00e4den, d\u00fcnner als menschliches Haar<\/p>\n
Danach kann das pelletierte Lignin-Gemisch in der Schmelzspinnanlage in der Denkendorfer Fabrikationshalle bei Temperaturen bis zu 250 Grad Celsius aufgeschmolzen werden. Eine Schnecke treibt die weiche Masse in einem Extruder wie in einem Fleischwolf vorw\u00e4rts und dr\u00fcckt sie durch mehrere Hundert L\u00f6cher einer D\u00fcse. An der Luft h\u00e4rten die Fasern \u2013 zehnmal d\u00fcnner als ein menschliches Haar \u2013 aus und werden als Endlosgarn von mehreren Kilometern L\u00e4nge auf Rollen gewickelt.<\/p>\n
Anschlie\u00dfend m\u00fcssen die Fasern wieder unschmelzbar gemacht werden. Daf\u00fcr durchl\u00e4uft die Faser einen Umluftofen, in dem zunehmend hei\u00dfer werdende Luft ein Vernetzen der Ligninmolek\u00fcle bewirkt. Ein neuer, besonders energieeffizienter Ofen, den die Denkendorfer zusammen mit der Firma centrotherm international AG in Blaubeuren entwickelt haben, soll die Herstellungskosten weiter senken.\u00a0\u201eEr nutzt ein Teilvakuum, um sp\u00e4ter homogenere Carbonfasern mit noch besseren mechanischen Eigenschaften zu erhalten\u201c, erg\u00e4nzt Frank. Auch die Zeit, die f\u00fcr die Vernetzungsreaktion gebraucht werde, k\u00f6nnte sich von derzeit \u00fcber 60 Minuten auf 30 Minuten verk\u00fcrzen, so der Chemiker.<\/p>\n
Im letzten Schritt, dem Carbonisieren, werden nahezu alle chemischen Elemente au\u00dfer dem Kohlenstoff aus der Faser abgespalten. Dazu erhitzen die Denkendorfer Forscher die Faser in einem Hochtemperaturofen bei \u00fcber 1.000 Grad Celsius unter Stickstoffatmosph\u00e4re. \u201eDie Werte f\u00fcr Zugfestigkeit und Steifigkeit liegen bei der ligninbasierten Carbonfaser \u00fcber denen von hochlegiertem Stahl, wobei Stahl wesentlich schwerer ist\u201c, sagt der Chemiker.<\/p>\n
Bislang geringe Kohlenstoffausbeute und br\u00fcchige Fasern<\/p>\n
Bereits in den 1960er\/70er Jahren haben Forscher begonnen, Carbonfasern auf Lignin-Basis herzustellen.3 Lignin hat n\u00e4mlich den Vorteil, dass es bereits zu 60 Prozent aus Kohlenstoffatomen besteht und die aromatische Vorstruktur der sp\u00e4teren Kohlenstofffaser aufweist. Doch die Kohlenstoffausbeute und die Qualit\u00e4t waren bislang gering. Mit dem inzwischen patentierten Prozess, den Franks Team entwickelt hat, k\u00f6nnen sie die H\u00e4lfte der urspr\u00fcnglich im Lignin vorhandenen Kohlenstoffmenge bergen. Alles darunter w\u00e4re unwirtschaftlich. Damit sei die Kohlenstoffausbeute \u00e4hnlich hoch wie bei den bisherigen Polyacrylnitril-basierten Carbonfasern und h\u00f6her als mit Cellulose als weiterer biobasierter Rohstoffalternative, so Frank.<\/p>\n
Das gr\u00f6\u00dfte Problem war bisher, dass die langen Polymerketten des Lignins nach dem Celluloseaufschluss in der Papierindustrie nur noch fragmentiert vorliegen. Die Ausgangsfaser wird dadurch spr\u00f6de und br\u00fcchig und l\u00e4sst sich nur schwer weiterverarbeiten. Um das zu umgehen, mischen Franks Mitarbeiter dem Lignin-Gemisch vor dem Aufschmelzen hochmolekulare Cellulose zur Stabilisierung bei. Langfristig will Frank aber nur noch reines Lignin verwenden, weil sich Lignin und Cellulose gegenseitig st\u00f6ren. \u201eWir nehmen die kleinen Molek\u00fclbruchst\u00fccke des Lignin und verbinden sie \u00fcber eine chemische Komponente wieder zu einer langen Molek\u00fclkette\u201c, erkl\u00e4rt der Chemiker. Dadurch kann k\u00fcnftig eine Ausgangsfaser f\u00fcr Carbonfasern ausschlie\u00dflich aus dem kosteng\u00fcnstigen Lignin hergestellt werden.<\/p>\n
Das vierj\u00e4hrige LIBRE-Projekt l\u00e4uft noch bis zum Jahr 2020. Bis dahin wollen die Denkendorfer etliche Kilogramm Lignin-Carbonfasern produzieren. Projektpartner werden Verbundwerkstoffe aus diesen Carbonfasern f\u00fcr Windrad- und Automobilelemente austesten.<\/p>\n
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Literatur:<\/em><\/p>\n1. Sauer M und K\u00fchnel M (2018): Composites-Marktbericht 2018. Marktentwicklungen, Trends, Ausblicke und Herausforderungen. www.carbon-composites.eu\/media\/3575\/ger_cc-cf-marktbericht_2018.pdf (Abruf 19.02.2019)<\/em><\/p>\n2. LIBRE-Projekt: http:\/\/libre2020.eu<\/em><\/p>\n3. Frank E et al (2014): Carbonfasern: Pr\u00e4kursor-Systeme, Verarbeitung, Struktur und Eigenschaften. Angew. Chem. 126, 5364-5403.<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"In Flugzeugen, Autos oder Windr\u00e4dern stecken immer h\u00e4ufiger Carbonfasern. Noch sind sie aus Erd\u00f6l und teuer. Das soll sich nun \u00e4ndern. Forscher der Deutschen Institute f\u00fcr Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF) entwickeln kosteng\u00fcnstige Kohlenstofffasern aus Lignin, einem Nebenprodukt aus der Papierherstellung. Carbonfasern bestehen zum Gro\u00dfteil aus Kohlenstoff, der grafitartig angeordnet ist. Sie verst\u00e4rken Kunststoffe, Metalle […]<\/p>\n","protected":false},"author":59,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"","nova_meta_subtitle":"","footnotes":""},"categories":[5572],"tags":[12988,14806,11828],"supplier":[11783,21822],"class_list":["post-61660","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-bio-based","tag-autobau","tag-carbonfasern","tag-lignin","supplier-carbon-composites-e-v-ccev","supplier-ditf-deutsche-institute-fur-textil-und-faserforschung-denkendorf"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/61660","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/users\/59"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=61660"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/61660\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=61660"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=61660"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=61660"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=61660"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}