Forskare som gör kolfiber av trä fick miljonfinansiering

Aalto-universitetets forskardoktor Michael Hummel har fått European Research Councils (ERC) finansiering på 1,5 miljoner till ett projekt, vars syfte är att framställa högklassig kolfiber av trä.

Kolfiber används särskilt i ytterst starka och lätta kompositmaterial, som ersätter tyngre material bland annat i flygplan och rymdfarkoster. Det höga priset har dock hämmat en bredare användning på andra områden. Bilindustrin skulle till exempel vilja tillverka lättare och bränslesnålare bilar, men de traditionella kolfibrerna som tillverkas av en polymer vid namn polyakrylonitril (PAN) är ännu för dyra för ändamålet.

– Tidigare sökte man en ersättare för PAN ur cellulosa eller lignin som separerats från trä, men dessa kolfibrer har inte lämpat sig för industrin. Tack vare vår teknologi kan vi kombinera dessa båda komponenter i träet i en hybridfiber som utgör materialet för kolfiber. Den är dessutom ett mera ekologiskt material än PAN eftersom tillverkningsprocessen använder mindre energi och kemikalier och det förnybara materialet inte tär på världens oljetillgångar, förklarar Hummel.

– Vi tror att cellulosans och ligninets egenskaper kompletterar och förstärker varandra. Den draghållfasthet på 2 GPa och elasticitetsmodul på 200 GPa vi eftersträvar är mindre än hos PAN-baserad kolfiber, men passar för bilindustrins behov och den industri som tillverkar sportredskap.

Unik spinnteknologi

Hybridfiber tillverkas med spinnteknologin Ioncell-F, som utvecklats av professor Herbert Sixta, med vilken man tidigare tillverkat högklassiga textilfibrer av cellulosa och återvinningsmaterial. I Ioncell-F-processen löses biomassan först i ett giftfritt lösningsmedel, utvecklat av Ilkka Kilpeläinen, professor vid Helsingfors universitet, varefter lösningen med våtspinnmetoden pressas genom munstycken till tunna sammanhängande fibrer.

– När vi började med Ioncell-F kunde vi inte förutse lösningsmedlets potential. I inledningen av ERC-projektet kombinerar vi cellulosa och lignin i hybridfibern för att bättre förstå växelverkan mellan dessa två polymerer. Senare är målet att kunna använda träets beståndsdelar i nästan oförändrad form, vilket ytterligare minskar miljöpåverkan och energiåtgången i kolfiberns tillverkningsprocess, säger Michael Hummel.

Efter spinningen flyttas fibrerna till ugnar där de långsamt upphettas till 1 500 °C. Processen kallas karbonisering, och slutprodukten är rent kol som bildar en ytterst stark kemisk struktur.

– Vi samarbetar med Deakin-universitetet i Australien. De har tillgång till flera karboniseringslinjer av olika storlek och goda kontakter till lämpliga industripartners, vilket hjälper oss att få direkt respons på den träbaserade kolfiberns möjligheter, säger Hummel uppskattande.

Mera information:

Forskardoktor Michael Hummel
Tfn 050 512 4198
michael.hummel@aalto.fi