Kohlenstofffasern aus umweltfreundlichen Ausgangsstoffen und optimierten Prozessen
Das Design von Verbundstrukturen, insbesondere solcher, die Kohlenstofffasern verwenden, hat es Ingenieuren ermöglicht, die Grenzen der Produktion in Richtung von Stoffen zu erweitern, die erheblich verbesserte Eigenschaften aufweisen und kostengünstiger sind. Doch nach fünf Jahrzehnten der Forschung und der Schaffung einer wachsenden Industrie, die eine Vielzahl von Anwendungen herstellt, bedarf es neuer umweltfreundlicher Ausgangsstoffe (das Rohmaterial, das zur Herstellung der Fasern verwendet wird), die eine Alternative für das aktuell in der Industrie verwendete Erdöl sein können. Das EU-finanzierte Projekt FIBRALSPEC verbesserte erfolgreich die Produktion von Kohlenstofffasern aus erneuerbaren Rohstoffen wie z. B. Lignin, einem organischen Polymer. Im Zuge des Projekts wurde erfolgreich die Technik für verstärkte Verbundstoffe genutzt, um verschiedene Anwendungen wie z. B. flexible Superkondensatoren und schnell einsetzbare sichere Notunterkünfte zu schaffen. Im Zuge von FIBRALSPEC konnten Produktionslinien sowie der Prototyp eines betriebsfähigen mechanoelektrischen Spinners für die Produktion von Nanofasern entwickelt werden, die eine neue Generation außergewöhnlicher Stoffe einläuten. Kohlenstofffasern mit verbesserten Eigenschaften Kohlenstofffaser-Verbundstoffe werden ein zunehmender Bestandteil unseres Alltagslebens. Diese Verbundstoffe sind für die Schaffung intelligenter Stoffe und Strukturen von entscheidender Bedeutung. Die Eigenschaften dieser Stoffe wie ein geringes Gewicht, eine hohe Festigkeit und eine geringe Steifigkeit sorgen dafür, dass sie für ein breites Spektrum von Industriesektoren wie die Bereiche Verkehr, Elektronik und Bauwesen attraktiv sind. Diese Kombination aus stark nachgefragten Eigenschaften stellt technische Lösungen für manche der komplexesten Probleme im Bereich der Materialwissenschaften und Technik in Aussicht. Doch FIBRALSPEC-Projektkoordinator, Professor Costas Charitidis macht deutlich: „Auch wenn die Produktion von Kohlenstofffasern in einem industriellen Maßstab in den späten 1960er Jahren begann, bieten anhaltende Herstellungsherausforderungen zahlreiche Optimierungsmöglichkeiten.“ Das FIBRALSPEC-Team konnte seine Produktionstechniken erfolgreich auf die traditionelle Verbundstoffherstellung anwenden, z. B. bei der Herstellung von Glasfasern für schnell einsetzbare sichere Notunterkünfte. Dies führte dazu, dass die Masse der Unterkünfte verringert wurde, während die strukturelle Steifigkeit, Beständigkeit und Endanwenderfreundlichkeit jeweils verbessert wurden. Zudem wurden umweltfreundliche Ausgangsstoffe von Kohlenstofffasern, die auf Lignin basieren, produziert, und der Stabilisierungs-Oxidations-Prozess optimiert. Im Hinblick auf umweltverträgliche Prozesse wurden neue Techniken entwickelt, mit denen aus entsorgten Kohlenstofffasern kommerziell relevante Produkte hergestellt werden können. Im Zuge des Projekts wurde eine Lebenszyklusanalyse angewandt, um die umweltfreundlichen Bestandteile der Wiederverwendungs- und Recyclingstrategien von Beginn des Prozesses an zu quantifizieren, von der Ausgangsstoffentwicklung bis zur Ausgabe des Kohlenstofffaser-Abfalls. Angebot und Verfügbarkeit von Kohlenstofffasern für die Zukunft erweitern Eines der Ziele von FIBRALSPEC bestand darin, den Industrien Europas zu mehr Unabhängigkeit von der aktuellen Lieferkette zu verhelfen, die auf importierte Kohlenstofffasern und Ausgangsstoffe angewiesen ist. Vor diesem Hintergrund war das Projekt zum Teil auf die Entwicklung der Superkondensator-Technik ausgerichtet – die in vielen Anwendungsbereichen für die Stromversorgung genutzt wird – da diese für Europa ein enormes wirtschaftliches Potenzial mit Marktmöglichkeiten in vielen Industriesektoren bietet. Professor Charitidis erklärt zusammenfassend: „Unser Projekt zielte darauf ab, die industrielle Führungsrolle und Wettbewerbsfähigkeit Europas in strategischen Bereichen wie dem Verkehrswesen, der Elektronik, der Luftfahrt, dem Bauwesen, der Energie und der Freizeit zu unterstützen.“ Das Team plant auf den Projektergebnissen aufzubauen und aufzuzeigen, dass eine Maßstabsvergrößerung der FIBRALSPEC-Prozesse auf ein industrielles Niveau machbar ist. Zielgerichtete industrielle Partnerschaften werden den Wissensaustausch ermöglichen, der notwendig ist, um die Produktion im Labormaßstab auf groß angelegte, kosteneffektive Prozesse zu übertragen.
Schlüsselbegriffe
FIBRALSPEC, Kohlenstofffaser, Verbundstoff, Material, Polymer, Ausgangsstoffe, Ingenieurswesen, Superkondensator, Lieferkette, leichtgewichtig, Beständigkeit
