Fraunhofer-Forscher bauen Carbonfasern aus Holzstoff
Fraunhofer-Forscher entwickeln ein Verfahren, um Carbonfasern aus dem Holzstoff Lignin herzustellen. Jedes Jahr bleiben davon Millionen Tonnen in der Papierherstellung zurück. Das könnte zum Preisrutsch führen, den Auto- und Flugzeughersteller herbeisehnen. Industriepartner des Projekts ist Airbus.
Weltweit bleiben in der Papierherstellung jedes Jahr Millionen Tonnen Lignin zurück. Dieses könnte man zukünftig nutzen, um Carbonfasern herzustellen.
Foto: dpa/Patrick Pleul
Deutschlands meistverkauftes Fahrzeug, der VW Golf, wog in seiner ersten verkauften Version rund 800 Kilogramm. Der heute verkaufte Golf VII ist etwa 50 Prozent schwerer. Mehr Technik, mehr Sicherheit, mehr Luxus und mehr Platz fordern diesen Gewichtstribut. Jetzt, mit dem Aufkommen der Elektromobilität kehrt sich der Trend um. Es gilt, Autos wieder leichter zu bauen, um der begrenzten Reichweite mit Leichtigkeit zu begegnen.
Bisher setzten Automobilunternehmen auf Carbonfasern. Diese sind leichter, stabiler aber auch teurer als Glasfasern. Carbonfasern gewinnen Hersteller zumeist aus dem fossil-basierten Polyacrylnitrit (PAN) oder aus Pech. Nun wollen Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung (IAP) das Verfahren zur Herstellung von Carbonfasern aus dem nachwachsenden Rohstoff Lignin zur Anwendungsreife bringen.
Weltweite Papierherstellung lässt 50 Millionen Tonnen Lignin zurück
Der Holzstoff Lignin lagert sich in der pflanzlichen Zellwand ein und bewirkt die Verholzung der Zelle. Er hat einen Kohlenstoffanteil von 55 bis 65 Prozent und fällt in der Papierherstellung weltweit in der Größenordnung von rund 50 Millionen Tonnen im Jahr an. Heute wird er zumeist thermisch verwertet, sprich er wird verbrannt.
Der Holzstoff Lignin hat einen Kohlenstoffanteil von bis zu 65 Prozent. Er wäre eine Alternative zu fossil-basiertem Polyacrylnitril (PAN) oder Pech. Das sind die bisherigen Quellen für die Carbonfaserherstellung.
Quelle: Fraunhofer IPA
Wenn es gelingt, Lignin für die Carbonfaser-Herstellung zu nutzen, könnte das den heißersehnten Preisrutsch bewirken. Nach Schätzungen würde eine ligninbasierte Carbonfasern langfristig nur etwa 4,50 Euro je Kilogramm kosten, gegenüber mindestens 9,50 Euro je Kilogramm für die aus PAN gewonnene Fasern.
Es ist daher das erklärte Ziel der Forscher, ligninbasierte Carbonfasern in der für den industriellen Leichtbau erforderlichen Qualität herstellen zu können. Das wäre am Ende der Entwicklungsarbeit eine Carbonfaser, die eine Zugfestigkeit von rund 1,5 Gigapascal aufweist. Diese Faser wäre damit geeignet für Anwendungen in der Luftfahrt.
Das jetzt aktuell beginnende Projekt wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert. Zudem unterstützt Flugzeughersteller Airbus das Vorhaben als Industriepartner.
500.000 Tonnen Kohlenstofffasern im Jahr 2013
In der Luftfahrt und natürlich auch im Rennsport bewähren sich die Kohlenstofffasern als Verstärkungsfasern in leichten Verbundwerkstoffen schon seit langem. Doch der echte Massenmarkt für Carbonfasern ist der Automobilmarkt. Eine von der Unternehmensberatung McKinsey durchgeführte Studie sieht den Markt für Kohlenstofffasern von 20.000 Tonnen im Jahr 2011 auf 500.000 Tonnen im Jahr 2030 wachsen.
Die Automobilbranche wird nach dieser Studie einen Großteil der wachsenden Produktion von Kohlenstofffasern abnehmen. Bedingung ist eine deutliche Kostenreduktion. Um diesen Volumenmarkt bedienen zu können, müssen die Carbonfasern allerdings weg vom Erdöl. Und so kommt das Lignin ins Spiel.
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