Wetenschappers kweken koolstofvezels van vliegtuigkwaliteit uit algen in baanbrekend onderzoek naar groene technologie

Van fotosynthetische microalgen tot hoogwaardige laminaten: koolstofvezels zijn mogelijk binnenkort fossielvrij.

Prof. Thomas Brück en zijn team hebben een proces ontwikkeld om koolstofvezels uit algen te maken.

Wat als het volgende vliegtuig waarin u stapt, is gebouwd van vijverschuim?

Duitse wetenschappers hebben een manier gevonden om fotosynthetische algen om te zetten in hoogwaardige koolstofvezels, en zo het gebruik van vervuilende fossiele brandstoffen te vermijden.

Het GreenCarbon-project, onder leiding van de Technische Universiteit München (TUM), heeft een nieuwe methode ontwikkeld om acrylonitril, de voorloper van koolstofvezel, te produceren uit hernieuwbare microalgen in plaats van aardolie.

Deze algen zijn fotosynthetisch actief en absorberen koolstofdioxide en slaan dit op als energierijke oliën. Onderzoekers zetten deze oliën vervolgens chemisch om in glycerol en uiteindelijk in acrylonitril.

Van schuim naar structuur

Acrylonitril wordt traditioneel gewonnen uit op aardolie gebaseerd propyleen, een proces met een aanzienlijke CO2-voetafdruk.

Door te beginnen met algenoliën hebben wetenschappers van de Werner Siemens leerstoel voor synthetische biotechnologie van de TUM, in samenwerking met het Fraunhofer Instituut voor Interfacial Engineering en Biotechnologie (IGB), een groenere route gecreëerd.

Onderzoekers van Fraunhofer IGB in Straubing hebben deze omzettingsmethode verfijnd naar laboratoriumschaal en zeggen dat deze nu klaar is voor industriële proeven.

Om de prestaties in de praktijk te testen, werkte het team samen met de Duitse koolstoffabrikant SGL Carbon. Zij sponnen de biogebaseerde acrylonitril tot zware koolstofvezels, elk met 50.000 afzonderlijke filamenten, en fabriceerden vervolgens met koolstofvezel versterkte kunststoflaminaten.

Volgens het team evenaren deze biogene materialen de mechanische sterkte en veerkracht van conventionele koolstofvezels.

Airbus, een van de partners in het project, voerde levenscyclusanalyses en technische evaluaties uit.

Vlucht op algen

Aangemoedigd door de resultaten gebruikte het lucht- en ruimtevaartbedrijf het materiaal zelfs om onderdelen te bouwen voor een onderzoeks helikopter. De eerste vlucht vond plaats in 2024, wat een potentieel keerpunt markeert in de duurzame luchtvaartproductie.

Het onderzoeksteam is nu op zoek naar nieuwe financiering om de technologie op te schalen en het gebruik ervan uit te breiden naar andere materialen die afkomstig zijn van fossiele brandstoffen, zoals acrylzuur, een belangrijk ingrediënt in moderne polymeren.

“Onze GreenCarbon-waardeketen opent nieuwe mogelijkheden voor het vervangen van fossiele grondstoffen in de chemische industrie”, aldus projectcoördinator Prof. Thomas Brück van TUM.

Hoewel de focus tot nu toe op de luchtvaart lag, hebben de lichte, zeer sterke materialen die in het kader van het GreenCarbon-project zijn ontwikkeld een breder scala aan potentiële toepassingen. Denk bijvoorbeeld aan windturbinebladen, voertuigonderdelen en sportuitrusting.

Omdat de koolstofvezels werden geproduceerd volgens erkende industrienormen, konden ze worden opgenomen in bestaande productieprocessen zonder dat er grote aanpassingen nodig waren.

Belangrijk is dat het project niet alleen een technische oplossing biedt, maar ook een klimaatoplossing.

Omdat microalgen van nature CO₂ absorberen tijdens fotosynthese , maakt hun gebruik als grondstof een gedeeltelijk koolstofnegatieve productiecyclus mogelijk. In combinatie met hernieuwbare energiebronnen zou het hele proces de emissies die gepaard gaan met de productie van koolstofvezels drastisch kunnen verminderen.

Nu schaalbaarheid in zicht is, ligt de volgende uitdaging voor het consortium in het optimaliseren van de proceseconomie en het integreren van de technologie in industriële omgevingen. Indien succesvol, zou de aanpak de bredere transitie van Europa naar duurzame, biogebaseerde grondstoffen kunnen ondersteunen, een transitie die hoogwaardige techniek loskoppelt van de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen .

Het consortium hoopt op hernieuwde financiering voor het vervolgproject van het Federale Ministerie van Onderzoek, Technologie en Ruimtevaart (BMFTR)