Bio-Carbonfasern Nachwachsende Carbonfasern sind günstiger als fossile Vorfahren

Redakteur: Peter Königsreuther

Polyacrylnitril, kurz PAN, als Faser ist der bisherige Rohstoff aus dem Hochleistungs-Verstärkungsfasern aus Carbon (CF) gefertigt werden. Centrotherm gelingt das jetzt wesentlich günstiger. Und so geht's...

Firmen zum Thema

Jetzt gibt es auch "grüne" Hochleistungsfasern: Bei deren Herstellung setzt man nämlich auf nachwachsendes Präkursormaterial, wie Cellulose, heißt es. Produzierbar sind sie mit dem Centrotherm-Niederdruckverfahren, mit dem sich der Preis pro Kilo und die üblicherweise stattfindende CO2-Emission sehr deutlich reduzieren, heißt es.
Jetzt gibt es auch "grüne" Hochleistungsfasern: Bei deren Herstellung setzt man nämlich auf nachwachsendes Präkursormaterial, wie Cellulose, heißt es. Produzierbar sind sie mit dem Centrotherm-Niederdruckverfahren, mit dem sich der Preis pro Kilo und die üblicherweise stattfindende CO2-Emission sehr deutlich reduzieren, heißt es.
(Bild: Centrotherm International)

Manchmal entsteht Erstaunliches, wenn man nur einen einzelnen Prozessschritt optimiert. So geschehen in Sachen Werkstofftechnik bezüglich der Herstellung von Bio-Carbonfasern, die sich vor dem fossilen Urvater eigenschaftsmäßig nicht zu verstecken bräuchten, sagt Centrotherm aus Blaubeuren in Baden-Württemberg. Denn das Niederdruckverfahren der Spezialisten arbeitet in definierter Prozessatmosphäre, eben unter niedrigem Druck sowie mit quasi-digitalen Heizzonen, erfährt man weiter. So entstehen günstigere, biobasierte Carbonfasern mit deutlich reduziertem CO2-Footprint. Grund genug, dass die Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg diese Innovation im Rahmen ihres monatlichen Thinking für den Mai präsentiert.

Warum fossile Geldfresser, wenn es auch anders geht?!

Ein vergleichsweise teurer Werkstoff sind Carbonfasern, für die man im Schnitt rund 18 Euro/kg hinblättern muss. Die hohen Kosten, erklärt Centrotherm liegen zum einen am relativ hohen Einkaufspreis des Ausgangsmaterials PAN, zum anderen im energieintensiven Herstellungsprozess, um Polymerfasern in leistungsfähige Carbonfasern zu verwandeln.

Bildergalerie

„Unser Verfahren geht nach gründlicher Analyse des bisherigen Herstellungsverfahrens einen völlig neuen Weg. Der Hauptunterschied ist, dass der Prozess unter Niederdruck gefahren wird und die Faser definierte Heizzonen durchläuft“, erklärt Andreas Keller, Senior Manager New Technologies bei Centrotherm International. Erfreulich: das Anlagenmodul füge sich nahtlos in den Gesamtprozess ein und könne den bisherigen Umluftofen ersetzen.

Die Hauptvorteile hier für Eilige auf einen Blick:

  • Rund 25 % günstigere Carbonfasern;
  • Nachwachsende Rohstoffe (Cellulose) als Ausgangsmaterial;
  • Gleiche Festigkeitskennwerte wie die fossilen PAN-Präkursoren;
  • Reduzierung des CO2-Footprints um etwa 30 % durch den Bio-Rohstoff und eine energieeffizientere Herstellung;
  • Die Prozesszeit für die Herstellung wird um über 33 % kürzer.

Hier die ausführlichere Version für Interessiertere:

Der Prozess der Stabilisierung läuft nach Aussage von Centrotherm unter einer gebremsten exothermen Reaktion ab. Ungebremst würden die Fasern mit dem Sauerstoff aus der Umgebungsluft eigentlich verbrennen. Im Prozessraum des Niederdruckverfahrens herrscht deshalb Unterdruck, das Sauerstoffangebot ist folglich geringer, erklärt Centrotherm. Auf das teure Schutzgas, wie es im Umluftofen nötig sei, könne deswegen verzichtet werden. Der Unterdruck im Prozessraum entzieht den Präkursoren außerdem schon bei recht niedriger Temperatur enthaltenes Wasser und Sauerstoff, heißt es weiter. Das wirke sich positiv auf die Faser und auch auf die Abgasqualität aus. Nach dieser ersten Heizstufe wird die Faser, abgestimmt auf den Fortschritt der Carbonisierung, rasch weiter aufgeheizt, um sie innerhalb einer um etwas mehr als ein Drittel verkürzten Prozesszeit optimal zu stabilisieren, sagt Centrotherm.

Zum Heizen man die Strahlung einer Quelle ein, die sich direkt im Prozessraum befindet. Die Faser wird sozusagen im "luftleeren" Raum auf die erforderliche Temperatur gebracht, so die Experten. Luftströmungen, wie sie im Umluftofen vorkommen und sich daraus aufbauende qualitätsmindernde Schwingungen der duchhängenden Fasern, brauche man nicht zu befürchten.

Kurzer Prozess ist nicht alles auf dem Weg zum 12-Euro-Carbonfaser-Kilo

Auf den Faserpreis drückend, wirke sich aber nicht nur die kurze Prozesszeit aus. Denn der deutlich verkleinerte Prozessraum und die deshalb optimierte Isolierung verbessern die Energieeffizienz des Prozesses insgesamt deutlich, führt Centrotherm aus. Die Betriebskosten konnten so um etwa 33 % gesenkt werden, heißt es.

Wenn das vergleichsweise teure Ausgangsmaterial PAN (vielen bekannt vielleicht noch unter dem Markennamen Dralon, und als thermoplastisches Copolymer auch Bestandteil von ABS) nun noch durch einen nachwachsenden Rohstoff, wie eben Cellulose, ersetzt werde, reduzieren sich der Präkursorpreis und die Betriebskosten zur Faserherstellung noch weiter, betonen die Blaubeurer.

„Wir gehen derzeit von einem Endpreis in Höhe zwischen 10 und 12 Euro pro kg für Carbonfasern aus Cellulose aus“, prognostiziert Keller. Im Vergleich zu Hochleistungsfasern auf PAN-Basis senke sich der Faserpreis also um circa 25 %. Bei den Festigkeitskennwerten müssten keinerlei Abstriche gemacht werden. Zugfestigkeit und Zug-E-Modul‎ sind laut Centrotherm gleich. „Bauteile aus Carbon werden durch den günstigeren Preis neue Marktbereiche erschließen können, die bisher die Kostengrenzen gesprengt hätten“, ist sich Keller sicher.

(ID:46583297)