Forscher wollen Carbonfasern aus Lignin zur Marktreife weiter entwickeln

Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP) und das Faserinstitut Bremen e.V. haben es sich zum Ziel gesetzt, die Verfahren zur Carbonfaser-Herstellung aus Lignin so weiter zu entwickeln, dass die Fasern reif für die Anwendung in Massenmärkten werden. Die Airbus Deutschland GmbH unterstützt das Vorhaben als Industriepartner.

Das Material ist aufgrund seiner Eigenschaftskombination – hochstabil und besonders leicht – sehr interessant für den Leichtbau. Derzeit sind fossilbasierte Carbonfasern jedoch noch zu teuer für Massenanwendungen, Lignin wäre eine kostengünstige Alternative.

Das jetzt beginnende Vorhaben wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über dessen Projektträger, die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) gefördert. Informationen zum Projekt stehen auf fnr.de – Projekte & Förderung unter dem Förderkennzeichen 22015513 und 22014114 zur Verfügung.

Carbonfasern sind leichter, stabiler, aber auch teurer als Glasfasern. Sie verstärken die Karossen von Flugzeugen, Formel1-Wagen oder Segelschiffen und geben Tennisschlägern oder Flügeln von Windkraftanlagen Halt. Gegenwärtig versuchen Forscher, die Carbonfasern aus der Nische der Spezialanwendungen und Premiumprodukte heraus in Massenmärkte zu bringen, etwa im Automobilsektor; ein Treiber hierfür ist das erwartete Wachstum bei den Elektrofahrzeugen. Dazu müssen die Fasern vor allem eins werden – günstiger in der Herstellung.

Aktuell gewinnt man Carbonfasern überwiegend aus dem fossil-basierten Polyacrylnitril (PAN) oder aus Pech. Lignin aus Holz mit einem Kohlenstoffanteil von etwa 55 bis 65 Prozent wäre eine mögliche Alternative. Dieser Stoff, von dem in der Papierherstellung weltweit rund 50 Millionen Tonnen jährlich anfallen und meist thermisch verwertet werden, brächte das Potenzial für die angestrebte Preissenkung mit: Schätzungen zufolge würde eine ligninbasierte Carbonfaser langfristig nur rund 4,50 €/kg kosten, gegenüber mindestens 9,50 €/kg für die aus PAN gewonnene Faser.

Das jetzt gestartete Projekt setzt sich zum Ziel, ligninbasierte Carbonfasern in der für den Leichtbau erforderlichen Qualität herzustellen. Am Ende der Entwicklungsarbeiten soll eine C-Faser stehen, die eine Zugfestigkeit von rund 1,5 GPa sowie ein Zugmodul von ca. 150 GPa aufweist und damit geeignet für Anwendungen in der Luftfahrt ist.