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Ein Forscherteam der Universität Limerick hat ein zukunftsweisendes neues Verfahren zur Herstellung von Carbonfasern entwickelt, das gleichzeitig eine drastische Reduzierung des Energiebedarfs ermöglicht.

Forscher der UL leiten ein Projekt, in dem eine neue Methode zur Herstellung von Carbonfasern entwickelt wurde. Carbonfasern sind ein kostengünstiges, leichtes Material, das in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Windenergie, Bauwesen und Transportwesen verwendet wird.

Im Rahmen des CARBOWAVE-Projekts wird ein innovatives Plasma- und Mikrowellen-Heizverfahren zur Herstellung von Carbonfasern eingesetzt, das die herkömmlichen Heizmethoden ersetzt und den Energieverbrauch um bis zu 70 % senkt, während die Leistungsfähigkeit des Materials erhalten bleibt.
Durch die Verringerung des Energiebedarfs bei der Herstellung des Materials wird der Prozess umweltfreundlicher und kostengünstiger.

Das ehrgeizige neue Projekt, das von den UL-Professoren Maurice N. Collins und Dr. Anne Beaucamp McLoughlin koordiniert wird, soll die energieintensive Carbonfaser-Industrie durch den Einsatz modernster alternativer Heiztechnologien verändern.

Die ersten Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Advanced Composites and Hybrid Materials Journal veröffentlicht. Die Fortschritte werden dazu beitragen, Umweltprobleme wie Energieverbrauch und Emissionen zu bewältigen und gleichzeitig ein nachhaltiges industrielles Wachstum zu fördern.

Die von dem Forschungsteam entwickelten Ergebnisse werden eine effizientere Umwandlung von Polyacrylnitril (PAN) ermöglichen, einer Schlüsselkomponente bei der Herstellung von Carbonfasern, deren Umwandlung einen enormen Energieaufwand erfordert und die ein strategisches Material darstellen, das für die zukünftige Energiesicherheit Europas von entscheidender Bedeutung ist.

Das CARBOWAVE-Team wird zur Umwandlung von PAN in Carbonfasern die suszeptor-induzierte Mikrowellenerwärmung mit Hilfe der Technologie der selbstorganisierten Nanostrukturen nutzen, die ursprünglich von Forschern der Universität Limerick und der Universität Valencia entwickelt wurde. Dadurch kann es schneller erhitzt werden, was den Produktionsprozess effizienter macht.

Interessanterweise entdeckte das UL-Team bei seinen Forschungen, dass Carbonfasern in einer kostengünstigen Haushaltsmikrowelle hergestellt werden können und eine mechanische Leistung aufweisen, die derjenigen entspricht, die durch herkömmliche Erhitzung erzeugt wird.

Professor Maurice Collins, leitender Forscher des Projekts und Professor für Materialwissenschaften an der School of Engineering von UL, erklärte: „Europas Abhängigkeit von energieintensiven Prozessen ist seit langem ein Hindernis für das Erreichen von Nachhaltigkeit. CARBOWAVE ist ein spannendes Projekt, das die Möglichkeit bietet, nachhaltigere und billigere Carbonfasern herzustellen.

Die langfristigen Auswirkungen sind enorm, da es den Einsatz von Carbonfasern in allen möglichen Anwendungen ermöglichen könnte, bei denen eine hohe Festigkeit und Steifigkeit erforderlich ist - vom Bauwesen über das Transportwesen und die Wasserstoffspeicherung bis hin zur Windenergie und darüber hinaus.“

Dr. Anne Beaucamp McLoughlin, Assistenzprofessorin für Bauingenieurwesen an der UL, erklärte, dass das Projekt darauf abzielt, die Carbonfaser-Industrie zu revolutionieren, indem es den Energieverbrauch und die Kosten des Kohlenstoffumwandlungsprozesses erheblich reduziert, ohne dass die mechanischen Eigenschaften der Fasern verloren gehen.

„Dieses Projekt wird eine energieeffizientere, schnellere und kostengünstigere Herstellung von Carbonfasern ermöglichen und ihren ökologischen Fußabdruck erheblich verkleinern.“

Kohlenstofffaserverstärkte Polymere (CFK), die aus Carbonfasern gewonnen werden, sind in Sektoren wie Windenergie, Bauwesen und Verkehr von entscheidender Bedeutung. Das geringe Gewicht von CFK erhöht die Effizienz von Windkraftanlagen, unterstützt die Dekarbonisierung im Bauwesen und verbessert die Kraftstoffeffizienz im Verkehrswesen, insbesondere bei Elektrofahrzeugen.

Die derzeitige Produktion von Carbonfasern ist jedoch sehr energieintensiv und hängt stark von Strom und Erdgas ab.

Die Lösungen von CARBOWAVE zielen darauf ab, diesen Energieverbrauch bei gleichbleibender Materialleistung um über 70 % zu senken. Der europäische Markt für fortschrittliche Kohlenstoffmaterialien, der 37 % des Weltmarkts beherrscht, wird von dieser zukunftsweisenden Initiative unmittelbar profitieren.

Professor Collins fügte hinzu: „Dieses Projekt verspricht eine breitere industrielle Nutzung von Carbonfasern durch eine drastische Verringerung ihrer Produktionskosten und ihres ökologischen Fußabdrucks zu ermöglichen.

„CARBOWAVE ist ein Schritt zur Dekarbonisierung der energieintensiven Industrien in Europa. Durch die Integration von Plasma- und Mikrowellenerwärmungstechnologien geht das Projekt nicht nur unmittelbare Herausforderungen wie Energieverbrauch und Emissionen an, sondern ebnet auch den Weg für ein nachhaltiges industrielles Wachstum.“

Das Projekt vereint führende Forschungseinrichtungen und Industriepartner in ganz Europa, um diesen transformativen Wandel voranzutreiben. Das Forschungsteam von UL bildet gemeinsam mit dem Deutschen Institut für Textil- und Faserforschung in Deutschland, der Universität Valencia in Spanien, Fraunhofer IFAM in Deutschland, Microwave Technologies Consulting SAS in Frankreich, Muegge GmbH in Deutschland, Centro Ricerche Fiat in Italien, Juno Composite Ltd in Irland und Eirecom-posites Ltd, ebenfalls Irland, das CARBOWAVE-Konsortium.

CARBOWAVE ist eine von der Europäischen Kommission finanzierte Initiative, die darauf abzielt, alternative Wärmequellen für energieintensive Industrien zu entwickeln und umzusetzen, indem fortschrittliche Plasma- und Mikrowellentechnologien eingesetzt werden. Sie wird von der Europäischen Union finanziert.