Die neu entwickelten Carbonfasern basieren auf Cellulose, einem nachwachsenden Rohstoff. Sie erreichen laut Fraunhofer IAP mechanische, elektrische und thermische Eigenschaften, die mit denen herkömmlicher, erdölbasierter Carbonfasern vergleichbar sind. Die Fasern können Durchmesser von unter vier Mikrometern erreichen – marktübliche Fasern liegen bei etwa sieben Mikrometern. Das macht sie besonders geeignet für den Einsatz in Brennstoffzellen, etwa für Gasdiffusionslagen.
Die Herstellung erfolgt über etablierte Spinnverfahren wie Viskose- oder Lyocell-Technologie. Durch die Zugabe von Additiven wie Lignin, das ebenfalls aus Holz gewonnen wird, lässt sich die Kohlenstoffausbeute bei der Carbonisierung deutlich steigern. Ein am Fraunhofer IAP entwickeltes Katalysatorsystem senkt die Carbonisierungstemperatur um mehr als 1.000 Grad Celsius und erhöht die Kohlenstoffausbeute von 15 auf 45 Gewichtsprozent.
Hochleistungs-Carbonfasern, die nachhaltig sind
Die Struktur der Carbonfasern kann gezielt über Spinnverfahren und Prozessparameter wie Temperatur, Verweilzeit oder mechanische Verstreckung angepasst werden. So entstehen Fasern mit unterschiedlichen Porositäten, Kristallinitätsgraden und Querschnitten. Besonders die gelappten Querschnitte bieten eine hohe spezifische Oberfläche und sind daher für elektrochemische Anwendungen interessant.
„Unsere Carbonfasern verbinden technische Höchstleistung mit Nachhaltigkeit“, sagt Jens Erdmann, Experte für biogene Carbonfasern am Fraunhofer IAP. „Ihre mechanischen Eigenschaften erreichen das Niveau erdölbasierter High-Modulus-Carbonfasern aus PAN, also das von Hochleistungs-Carbonfasern. Zudem zeigen sie eine elektrische und thermische Performance, wie man sie von pechbasierten Fasern kennt.“
Carbon Lab Factory Lausitz soll industrielle Skalierung ermöglichen
Das Projekt ist Teil der Carbon Lab Factory Lausitz, einer Initiative zur industriellen Skalierung der Technologie. Ziel ist es, die gesamte Wertschöpfungskette – vom Rohstoff bis zum Bauteil – in Deutschland abzubilden. Die Initiative wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert und von der Wirtschaftsregion Lausitz GmbH unterstützt. Partner sind unter anderem die TU Chemnitz und das Institut für Leichtbau und Wertschöpfungsmanagement der BTU Cottbus-Senftenberg.
Die Carbon Lab Factory soll den Strukturwandel in der Lausitz unterstützen und eine weltweit einzigartige Forschungsinfrastruktur für Carbonfasern aufbauen.
