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Biobasierte Carbon-Werkstoffe aus Oberösterreich

Moderne Flugzeuge bestehen zu über 50 % aus CFK, aber auch in der Automobilindustrie, im Bauwesen und in Sportgeräten wie Tennisschlägern, Fahrradrahmen oder Angelruten finden diese Werkstoffe breite Anwendung. Doch Carbon ist noch deutlich vielseitiger. Neben diesen sogenannten Hochleistungs-anwendungen wird es beispielsweise auch in Batterien, Filtern oder Wärme-Isolierungen eingesetzt.

Leichtbau Valley Upper Austria?

In Oberösterreich sind einige führende Zulieferer für die Luftfahrtindustrie sowie Maschinen- und Kunststoffhersteller beheimatet. Hier wird intensiv an CFK gearbeitet und geforscht und auch für ausreichend wissenschaftlichen Fachkräfte-Nachwuchs ist gesorgt. So bieten beispielsweise die FH OÖ in Wels das Studium „Leichtbau und Composite-Werkstoffe“ sowie die Johannes Kepler Universität (JKU) Linz einen Studiengang zu „Kunststofftechnik“ an.

Die Faserforschung kam bisher noch etwas zu kurz. Dem möchte die Kompetenzzentrum Holz GmbH (Wood K plus) nun entgegenwirken. Seit 2015 läuft das Projekt „BioCarb-K – Biobasierte Carbon-Fasern und Keramiken“, in dem die Herstellung von Carbon-Werkstoffen, v.a. Carbon-Fasern, aus biobasierten Ausgangsstoffen erforscht wird. Die Förderung des Grundlagenprojekts durch den Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) und des Landes Oberösterreich unterstreicht die Bedeutung der Thematik.

Biobasierte Carbon-Fasern sind deutlich billiger!

Carbon-Fasern werden derzeit durch kontrolliertes Zersetzen erdölbasierter Rohstoffe bei hohen Temperaturen hergestellt. Die Ausgangsstoffe sind teuer und nur begrenzt verfügbar. Durch den Einsatz biobasierter Materialien könnten die Rohstoffkosten gesenkt und der Preis der Carbon-Fasern deutlich reduzieren werden. Außerdem wäre so die Herstellung von 100% biobasierten Verbundwerkstoffen auch mit Carbon-Fasern möglich.

Im Projekt BioCarb-K werden holzbasierte Rohstoffe verwendet: Cellulose-Fasern werden aus Holz gewonnen, Lignin entsteht dabei als Abfallprodukt. Wood K plus forscht schon seit mehreren Jahren an Cellulose-Fasern, Lignin und Carbon-Materialien. Nun soll das Know-how zusammengeführt werden, um neuartige Carbon-Fasern aus Cellulose und Lignin zu entwickeln. Dazu wird auch mit den Physikern und Chemikern vom Zentrum für Oberflächen- und Nanoanalytik (ZONA) der JKU kooperiert.

Poröse Carbon-Werkstoffe – Unbegrenzte Anwendungsmöglichkeiten

Auch an porösen Carbon-Werkstoffen wird intensiv geforscht. Unter diesen ist die Aktivkohle wohl am bekanntesten. Diese hochporösen Kohlenstoffe (Carbone) mit sehr großen Oberflächen (bis nahezu einem halben Fußballfeld pro Gramm Kohlenstoff) können auch aus verschiedensten biobasierten Materialien hergestellt werden. Prinzipiell sind alle biobasierten Rohstoffe für diese Anwendung geeignet. Durch die Variation dieser biobasierten Ausgangsmaterialien und Prozessbedingungen können die Eigenschaften gezielt eingestellt werden. Dies ist entscheidend, da Aktivkohlen in sehr unterschiedlichen Bereichen wie Energiespeicherung, Abwasser- und Abgasreinigung, Gasspeicherung, funktionellen Textilien, antibakteriellen Wundauflagen usw. Anwendung finden.

Doch auch poröse Carbon-Formkörper können aus biobasierten Materialien gewonnen werden. Beispielsweise können aus Lignin Schaumstrukturen, sogenannte Aero-Gele, hergestellt werden. Diese können bei hohen Temperaturen gezielt zu Carbo-Gelen, also Carbon-Schäumen, umgewandelt werden, welche sich z.B. gut zur Wärmedämmung bei hohen Temperaturen eignen.

Sehr interessant ist auch die Erzeugung von porösen Carbon-Werkstoffen, die als Basis für Hochleistungs-Keramiken (SiC-Schwarzkeramik) dienen. Dabei wird aus Holz und Harzen ein Formkörper hergestellt, wofür übliche Verfahren der Kunststofftechnik wie Extrusion, Spritzguss oder 3D-Druck verwendet werden können. Durch kontrolliertes Zersetzen bei hohen Temperaturen wird anschließend ein poröser Carbon-Formkörper erzeugt. Dieser wird in Kombination mit dem Metall Silicium bei Temperaturen bis zu 1600 °C zu einer Keramik umgewandelt. Dieser einzigartige Prozess wurde von Wood K plus entwickelt und patentiert.

Boris Hultsch

Managing Director bei Wood K plus
b.hultsch@kplus-wood.at

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