碳纖維在航空、風能和輕型建筑領域發(fā)揮著至關重要的作用。然而，傳統(tǒng)的碳纖維生產(chǎn)依賴于石油衍生材料，對環(huán)境造成了顯著影響。由慕尼黑工業(yè)大學（TUM）牽頭的一個研究聯(lián)盟開發(fā)了一種新的生產(chǎn)方法，利用可再生原材料制造碳纖維。

碳纖維的新型生產(chǎn)工藝

碳纖維以其質輕、高強度和耐用性而聞名。它們被廣泛應用于碳纖維增強塑料，用于制造飛機、車輛、風力渦輪機以及自行車、網(wǎng)球拍、滑雪板等運動器材。這些材料通常使用丙烯腈生產(chǎn)，而丙烯腈主要來源于石油基丙烯。

慕尼黑工業(yè)大學自然科學學院維爾納?西門子合成生物技術教席的研究人員探索了利用具有光合活性的微藻來提取油脂。托馬斯?布魯克教授表示，這些微藻在光合作用過程中吸收二氧化碳，并以藻油的形式儲存起來。隨后，研究人員通過化學工藝從這些油脂中提取甘油。

弗勞恩霍夫界面工程與生物技術研究所（IGB）開發(fā)了一種催化工藝，將生物基甘油轉化為丙烯腈 —— 碳纖維生產(chǎn)的關鍵原材料。該工藝在弗勞恩霍夫 IGB 的施特勞賓分所已達到成熟水平，現(xiàn)已準備好進行規(guī)模化生產(chǎn)，以實現(xiàn)工業(yè)應用。

全球碳基解決方案領軍企業(yè)西格里碳素（SGL Carbon）負責這些可持續(xù)碳纖維的工業(yè)化生產(chǎn)。該公司生產(chǎn)出了 50k 大絲束碳纖維，每束由 50,000 根單絲組成，符合公認的行業(yè)機械強度標準。這些纖維隨后被用于制造復合層壓板。

歐洲航空航天集團空客作為關聯(lián)合作伙伴參與了“綠色碳” 項目。該公司使用碳纖維復合材料制造飛機和直升機部件，并一直在探索更可持續(xù)的生產(chǎn)方法。空客對各種生產(chǎn)路徑進行了技術篩選和生命周期評估。受評估結果的鼓舞，空客啟動了示范項目，包括 2024 年一架使用源自可再生材料的碳纖維制造的研究直升機首飛。這次測試證實了該技術在航空領域應用的可行性。

需要進一步的研究與開發(fā)

“綠色碳” 項目取得成功后，該聯(lián)盟打算進一步優(yōu)化這項技術，并擴大其在工業(yè)應用中的使用范圍。這種生產(chǎn)方法還可能適用于可持續(xù)制造丙烯酸 —— 丙烯酸是許多聚合物的關鍵成分，但目前仍多由化石資源制成。

來源：慕尼黑工業(yè)大學