碳纖維在航空、風(fēng)能和輕型建筑領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)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(duì)環(huán)境造成了顯著影響。由慕尼黑工業(yè)大學(xué)（TUM）牽頭的一個(gè)研究聯(lián)盟開(kāi)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(zhì)輕、高強(qiáng)度和耐用性而聞名。它們被廣泛應(yīng)用于碳纖維增強(qiáng)塑料，用于制造飛機(jī)、車輛、風(fēng)力渦輪機(jī)以及自行車、網(wǎng)球拍、滑雪板等運(yùn)動(dòng)器材。這些材料通常使用丙烯腈生產(chǎn)，而丙烯腈主要來(lái)源于石油基丙烯。

慕尼黑工業(yè)大學(xué)自然科學(xué)學(xué)院維爾納?西門(mén)子合成生物技術(shù)教席的研究人員探索了利用具有光合活性的微藻來(lái)提取油脂。托馬斯?布魯克教授表示，這些微藻在光合作用過(guò)程中吸收二氧化碳，并以藻油的形式儲(chǔ)存起來(lái)。隨后，研究人員通過(guò)化學(xué)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(shù)研究所（IGB）開(kāi)發(fā)了一種催化工藝，將生物基甘油轉(zhuǎn)化為丙烯腈 —— 碳纖維生產(chǎn)的關(guān)鍵原材料。該工藝在弗勞恩霍夫 IGB 的施特勞賓分所已達(dá)到成熟水平，現(xiàn)已準(zhǔn)備好進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。

全球碳基解決方案領(lǐng)軍企業(yè)西格里碳素（SGL Carbon）負(fù)責(zé)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(rèn)的行業(yè)機(jī)械強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。這些纖維隨后被用于制造復(fù)合層壓板。

歐洲航空航天集團(tuán)空客作為關(guān)聯(lián)合作伙伴參與了“綠色碳” 項(xiàng)目。該公司使用碳纖維復(fù)合材料制造飛機(jī)和直升機(jī)部件，并一直在探索更可持續(xù)的生產(chǎn)方法?？湛蛯?duì)各種生產(chǎn)路徑進(jìn)行了技術(shù)篩選和生命周期評(píng)估。受評(píng)估結(jié)果的鼓舞，空客啟動(dòng)了示范項(xiàng)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(jī)首飛。這次測(cè)試證實(shí)了該技術(shù)在航空領(lǐng)域應(yīng)用的可行性。

需要進(jìn)一步的研究與開(kāi)發(fā)

“綠色碳” 項(xiàng)目取得成功后，該聯(lián)盟打算進(jìn)一步優(yōu)化這項(xiàng)技術(shù)，并擴(kuò)大其在工業(yè)應(yīng)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(guān)鍵成分，但目前仍多由化石資源制成。

來(lái)源：慕尼黑工業(yè)大學(xué)