Ressourceneffiziente Werkstoffe Fraunhofer IAP wird „grüne“ Carbonfasern herstellen

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Eine neue Pilotanlage in Guben soll künftig die Produktion biobasierter Carbonfasern ermöglichen. Dazu werden nun die Prozesse in den industrienahen Maßstab überführt und die Prozesse optimiert. Die Anlage ist Teil der Carbon Lab Factory Lausitz.

Carbonfasern sind Hochleistungsmaterialien, die Leichtigkeit mit hoher Festigkeit und Steifigkeit vereinen. Vor allem im Leichtbau stehen sie hoch im Kurs – schließlich stellt er einen wichtigen Hebel für die Entwicklung leistungsfähiger und ressourceneffizienter Werkstoffe für zentrale Zukunftsbranchen dar. Je leichter Autos, Flugzeuge, Windkraftanlagen oder Fahrräder sind, desto energieeffizienter lassen sie sich bewegen. Aber auch für die Gewinnung, Umwandlung und Speicherung von Energie gewinnen sie stetig an Bedeutung, etwa für Batterien, Brennstoffzellen oder andere Komponenten moderner Energiesysteme.

Herkömmliche Carbonfasern werden überwiegend aus fossilen Rohstoffen hergestellt. Um die Rohstoffbasis mit nachhaltigen Alternativen zu erweitern, rücken biobasierte Carbonfasern in den Fokus. Sie schonen Ressourcen, haben eine bessere CO₂-Bilanz und machen die Wertschöpfungskette resilienter. Darüber hinaus lassen sich ihre Eigenschaften gezielt an verschiedene Anwendungen anpassen. Die Industrie zeigt bereits eine starke Nachfrage nach solchen Alternativen.

Prozesse in den industrienahen Maßstab überführen

Die Herstellung von biobasierten Carbonfasern ist eine Spezialität des Fraunhofer IAP: In einem ersten Schritt werden Rohstoffe – z. B. Cellulose oder Lignin aus Holz – gelöst und zu Vorläuferfasern versponnen. Anschließend werden diese durch Carbonisierung in Carbonfasern umgewandelt.

Um diese Prozesse in den industrienahen Maßstab zu überführen, soll im Rahmen der Carbon Lab Factory Lausitz eine Pilotanlage in Guben entstehen. Finanziert wird das Vorhaben mit einem Volumen von 53,3 Millionen Euro durch das Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kultur des Landes Brandenburg über die Wirtschaftsregion Lausitz GmbH (WRL) sowie durch den Bund. Die Stadt Guben investiert rund 20 Millionen Euro in den Bau des Gebäudes im Industriepark Guben. Das Fraunhofer IAP verwendet den verbleibenden Förderbetrag für die Anlagentechnik, Sachmittel und die Erstausstattung. Die Anlagen sollen ab Ende 2029 in Betrieb gehen.

Das Prozessverhalten bei der Carbonisierung im Blick

Dr. André Lehmann, Leiter des Forschungsbereichs Polymerverarbeitung und der Abteilung Fasertechnologien am Fraunhofer IAP, erklärt: „Mit der Carbon Lab Factory Lausitz in Guben schaffen wir die Voraussetzungen für eine Forschungs- und Pilotinfrastruktur mit der verschiedenste innovative Vorläuferfasern bis in den Tonnenmaßstab hergestellt werden können.“

Dr. Jens Erdmann, Leiter der Abteilung Polymer Engineering am Fraunhofer IAP, ergänzt: „Wir errichten zudem eine Laboranlage zur Carbonisierung, die die neuartigen Vorläuferfasern im Kilogrammmaßstab in Carbonfasern umwandelt. So können wir das Prozessverhalten und das Potenzial effizient beurteilen, die Prozesse optimieren und wertvolle Erkenntnisse für einen größeren Maßstab sammeln. Weiterhin sind wir damit in der Lage der Industrie Mustermengen für Tests bereitzustellen.“

In enger Kooperation mit Partnern in der Lausitz entwickelt das Fraunhofer IAP die Vorläufer- und Carbonfasern weiter für verschiedene Leichtbau- und Energieanwendungen und wird somit gezielt den Transfer in die industrielle Nutzung stärken.

Carbon Lab Factory Lausitz: länderübergreifende Zusammenarbeit

Komplementär zu dem Vorhaben des Fraunhofer IAP wird in der sächsischen Lausitz eine Pilotanlage für die Produktion von Carbonfasern im Tonnenmaßstab aufgebaut. Die von der Technischen Universität Chemnitz betriebene Anlage kann sowohl konventionelle als auch vom Fraunhofer IAP bereitgestellte Vorläuferfasern verarbeiten.

In Kooperation mit dem Institut für Leichtbau und Wertschöpfungsmanagement der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg werden auch carbonfaserverstärkte Verbundwerkstoffe für verschiedenste Leichtbauanwendungen maßgeschneidert. Gemeinsam mit regionalen Unternehmen testen die Partner Demonstratoren und Prototypen. So werden Forschungsergebnisse schneller in industrielle Anwendungen überführt und die Region als Zentrum für Hochleistungswerkstoffe gestärkt.

Die Carbon Lab Factory Lausitz ist eingebettet in die Forschungsinfrastruktur in der Lausitz. „Durch die Kombination des Know-hows der beteiligten Einrichtungen entsteht mit der Carbon Lab Factory Lausitz eine weltweit einzigartige vollständige Wertschöpfungskette in der Region und darüber hinaus. Diese erstreckt sich vom nachwachsenden Rohstoff bis hin zum Bauteil für Leichtbauanwendungen“, sagt Professor Böker, Leiter des Fraunhofer IAP, der die Carbon Lab Factory Lausitz gemeinsam mit Professor Kroll von der Technischen Universität Chemnitz initiierte.

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