Carbonfiber er et kritisk materiale til industrier som rumfart og bilindustrien, værdsat for dets styrke og lette egenskaber. Imidlertid er traditionel carbonfiberproduktion afhængig af dyre, oliebaserede materialer, der øger omkostningerne og miljøpåvirkningen.
Lignin-et bredt tilgængeligt biprodukt af celluloseproduktion, med ca. 70 millioner tons genereret årligt-overholder et lovende, bæredygtigt alternativ. Typisk behandlet som affald eller brændt for energi, har lignin et uudnyttet potentiale til applikationer med høj værdi, herunder næste generation af carbonfiberfremstilling.
Fra lab til pilotskala
Industripartner Loxea havde tidligere samarbejdet med Imperial College London, hvor forskere udviklede en patenteret teknologi til at omdanne lignin til carbonfiber i en lille laboratorieskala (1 ml produktion). Processen udnyttede to centrale innovationer:
- Ionisk flydende teknologi – opløsning af forskellige ligniner, mens væsken lader væsken genanvendes efter fiberdannelse.
- Polyvinylalkohol (PVA)-en ikke-toksisk, bionedbrydelig polymer, der anvendes som et spindelhjælp.
Denne tilgang muliggør ikke kun produktion af fibre med høj ligninindhold (75%–90%) med fremragende struktur og udbytte, men reducerer også omkostningerne markant. Ved at erstatte petroleumsbaserede forløbere med lignin- og ioniske væsker-både vedvarende, lavere omkostninger og mindre giftige materialer-kunne produktionsomkostninger reduceres med tre til fem gange.
Manchesters evne til at skalere op
For at validere denne teknologi i skala skabte forskere ved University of Manchester, ledet af Jonny Blaker, professor i biomaterialer, en pilotskala-demonstration på Fiber Technology-platformen på Henry Royce Institute ved hjælp af sin våde spindelinie. Lignin blev hentet fra Loxeas pilotanlæg, der bruger den samme ioniske væske til at udtrække lignin fra træaffald, hvilket sikrer procesjustering med virksomhedens eksisterende teknologier.
Manchester-teamet testede tre forskellige ligniner-to fra Spruce Sawdust og en fra Bagasse, et biprodukt af sukkerproduktion-med den bagasse-afledte lignin, der viser sig at være mest effektiv, hvilket muliggør kontinuerlig fiber, der spinder i pilotskala for første gang.
Nøglelæring og fremtidig udvikling
Flere kritiske indsigter kom frem fra forsøgene. For det første var tørringskontrol afgørende for at forhindre fiberkrympning. For det andet blev ligninopløsninger mere viskøse over tid, hvilket krævede justeringer for at opretholde kvalitet. Og for det tredje påvirkede spinneret -design fiberuniformitet, hvilket fremhævede behovet for yderligere forfining.
Gennem projektet producerede teamet med succes kontinuerlige fibre op til 5 meter lang. De næste trin inkluderer raffinering af fibertørring, opsamling og carboniseringsprocesser, som vil være vigtige for at opskalere denne gennembrudsteknologi i Storbritannien
En milepæl for bæredygtig kulfiber
Manchester’s succes med at opskalere denne nye teknologi markerer et betydeligt skridt hen imod kommercielt bæredygtig, bæredygtig kulfiberproduktion.
“Vi er glade for at bruge vores kapacitet til at vise opskaleringspotentialet i denne banebrydende proces til at skabe et billigt, vedvarende alternativ til konventionel fremstilling.
“Takket være det tilgængelige udstyr og ekspertise på vores pilotfacilitet, var vi i stand til at producere kontinuerlige fibre ved hjælp af lignin fra LEXEA, idet vi adresserede de vigtigste udfordringer i formulering og fibertørring, samtidig med at de kunne sikre, at det kunne fungere med Lixeas træfraktioneringsteknologi.
“Denne prøve repræsenterer et betydeligt skridt i retning af at gøre omkostningseffektiv, vedvarende kulfiber til virkelighed,” siger professor Blaker.
Med fortsatte fremskridt og industrisamarbejde kunne ligninbaseret kulfiber snart blive en kommercielt skalerbar, højtydende og miljøvenligt alternativ til petroleumsafledte materialer. Manchester’s banebrydende rolle i teknologien opskalering styrker sin position som førende inden for materialinnovation og bæredygtig fremstilling.