Das MIT hat in Zusammenarbeit mit dem Oak Ridge National Laboratory und anderen Institutionen eine neue Technologie zur Herstellung von erdölbasierten Kohlenstofffasern entwickelt. Diese Technologie nutzt Rückstände aus der Erdölraffinerie als Rohstoffe und soll die Produktionskosten von Leichtbaumaterialien für Automobile deutlich senken.

Das Forschungsteam nutzte Raffinerienebenprodukte wie Erdölpech als Hauptrohstoff für Kohlenstofffasern und erzielte durch Optimierung des Herstellungsverfahrens eine deutliche Verbesserung der Materialeigenschaften. MIT-Wissenschaftler Nikola Ferraris erklärte: „Wir nennen es manchmal ‚Bodensatz‘.“ Diese Technologie reduziert nicht nur den Energiebedarf für die Kohlenstofffaserproduktion, sondern wandelt auch Erdölnebenprodukte in hochwertige Materialien um.

Die neuartige, erdölbasierte Kohlenstofffaser weist hervorragende Druckfestigkeitseigenschaften auf und erfüllt damit die Anforderungen tragender Konstruktionen. Das Forschungsteam nutzte molekulare Simulationsmethoden, um die Materialeigenschaften präzise vorherzusagen und so eine theoretische Grundlage für die industrielle Fertigung zu schaffen. Doktorandin Asmita Jana erklärte: „Wir konnten die Ergebnisse mit erstaunlicher Genauigkeit reproduzieren, sodass Unternehmen anhand dieser Diagramme Eigenschaften wie Faserdichte und Elastizitätsmodul vorhersagen können.“

Im Vergleich zu herkömmlichen Kohlenstofffasern kann diese erdölbasierte Materialtechnologie die Kosten auf etwa 3 US-Dollar pro Pfund senken – deutlich unter dem aktuellen Marktpreis von 10–12 US-Dollar pro Pfund. Ferraris fügte hinzu: „Bitumen ist ein sehr komplexes Gemisch aus verschiedenen schweren Kohlenwasserstoffen, und genau das macht seinen Reiz aus.“ Dieser technologische Durchbruch ermöglicht den großflächigen Einsatz erdölbasierter Kohlenstofffasern in Serienfahrzeugen.

Das US-Energieministerium treibt die Forschung und Entwicklung von Leichtbaumaterialien weiter voran, mit dem Ziel, die Kosten auf unter 5 US-Dollar pro Pfund zu senken. Eine neue, erdölbasierte Kohlenstofffasertechnologie erfüllt nicht nur diesen Standard, sondern ermöglicht durch ihren Rohstoffumwandlungsprozess auch die Nutzung von Erdölnebenprodukten. Forscher prognostizieren, dass diese Technologie die Materialinnovation im Automobilsektor vorantreiben und neue Wege für die hochwertige Anwendung erdölbasierter Materialien eröffnen wird.

Weitere Informationen: Asmita Jana et al., „From Atom to Fiber: Exploring Novel Processing Methods in the Synthesis of Pitch-Based Carbon Fibers“, *Science Advances* (2022). Zeitschrifteninformationen: *Science Advances*