Ziel des Projekts GreenCarbon ist die praktische Demonstration der stofflichen Verwertung von CO2 zu biobasierten Carbonfaser-Kompositen. Dabei handelt es sich um Polymere und Carbonfaser-basierte Leichtbaumaterialien, die in der Flug- und Automobilindustrie eingesetzt werden können. IGB-Forschenden gelang es dabei ein Verfahren zu entwickeln, mit dem biogenes Glycerin katalytisch in Acrylnitril umgewandelt werden kann, den zentralen Ausgangsstoff für die Carbonfaserproduktion.
Carbonfaserverstärkter Kunststoff (CFK), bestehend aus einem Matrixwerkstoff (Duroplast, z. B. Epoxidharz, oder Thermoplast, z. B. PPS) und der Verstärkungsfaser (bevorzugt Carbonfaser) stellt ein besonders geeignetes Leichtbaumaterial für den Flugzeug- und Automobilbau dar. Für diese technischen Anwendungen können Carbonfasern hoher Qualität und der polymere Binder (Duroplast oder Thermoplast) bisher nur aus petrochemischen Prozessen gewonnen werden. Darüber hinaus ist die Carbonfaserherstellung energie- und kostenintensiv, was sich auch auf den CO2-Abdruck des Gesamtprozesses und die Kosten für dieses Material niederschlägt.
Das Ziel von GreenCarbon ist es, CO2-basierte Carbonfasern und CFK aus Algen herzustellen und deren Leistungsfähigkeit und Anwendungsmöglichkeiten in der Flugzeug-, Automobil und Bauindustrie zu bewerten, um Leichtbauwerkstoffe hin zu einem klimaneutralen, nachwachsenden Rohstoff mit erheblichen Impakt auf seine Einsatzfelder zu verschieben.
Das Green Carbon Projekt befasst sich mit der praktischen Demonstration der stofflichen Verwertung von CO2 zu biobasierten Carbonfaser-Kompositen. Durch ihr schnelles Wachstum kann das Treibhausgas CO2 in Mikroalgen aktiv in Form von Biomasse gespeichert werden. Das CO2 wird u.a. in Form von Zuckern (z. B. Glukose) gebunden, welche die Zellen zum Aufbau ihrer Zellwand benötigen. Diese Zucker sollen durch enzymatische Hydrolyse freigesetzt und für die Versorgung und Produktion von Lipiden mittels unkonventioneller ölbildender Hefen verwendet werden.
Die mittels Hefe produzierten Lipide dienen als Ausgangsstoff für unterschiedliche synergistische, chemische und biotechnologische Prozesse. Zum einen wird die chemoenzymatische Umsetzung von Lipiden in biobasierte Duroplaste angestrebt. Zum anderen werden die Hefeöle in Glycerin und freie Fettsäuren gespalten. Das Glycerin wird mittels etablierter Methoden in Carbonfasern umgewandelt. Die freien Fettsäuren werden enzymatisch in zwei unterschiedliche Produkte überführt. Im ersten Fall werden insbesondere ungesättigten Fettsäuren chemoenzymatisch zu biobasierten Thermoplasten veredelt. Im zweiten Fall können durch enzymatische Modifikation hochwertige Additive für den Schmierstoffsektor aus den Fettsäuren gewonnen werden.
Im weiteren Verlauf des Projektes werden die Duro- bzw. Thermoplaste mit den nachhaltigen Carbonfasern zu entsprechenden Verbundstoffen zusammengeführt, deren Anwendung im Flugzeug- und Automobilbau getestet werden. Begleitet wird die Entwicklung der unterschiedlichen Prozessplattformen von einer technoökonomischen- und Lebenszyklus-Analyse.
GreenCarbon: Konversion von CO2 in Polymere und Carbonfaser-basierte Leichtbaumaterialien für die Flug-, Automobil- und Bauindustrie durch Synergien von Chemie und Biotechnologie – Neue Wege zur Integration von Leichtbaumaterialien zur Realisierung einer klimazentrierten Energiewende
Juli 2019 – Juni 2022
Wir danken dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für die Förderung des Projekts »GreenCarbon«, Förderkennzeichen 03SF0577A.
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB