Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nachwuchswissen­schaftler der TU Dresden erforscht Hightech-Fasern aus Papier

31.07.2018

Ein Nachwuchswissenschaftler von TU Dresden und dem Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. hat erforscht, wie leistungsstarke und nachhaltige Kohlenstofffasern kostengünstig hergestellt werden können. Damit ist der Startschuss für einen Durchbruch im Bereich der Kohlenstoff-Leichtbauanwendungen gefallen. Mit seinen Forschungsergebnissen verblüfft er die internationale Werkstoffwissenschaft. Muhannad Al Aiti kam 2009 als Stipendiat von Syrien nach Deutschland.

Muhannad Al Aiti, Nachwuchswissenschaftler an der TU Dresden und am Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V., hat erforscht, wie Kohlenstofffasern aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden müssen, um den hohen Anforderungen von Automobilindustrie und Windenergie-Branche zu entsprechen.


Das braune Lignin ist ein Abfallprodukt der Papierindustrie.

Muhannad Al Aiti

Seit mehr als 60 Jahren versuchen Forscher aus der ganzen Welt hochwertige Fasern aus biogenen Abfallprodukten herzustellen, seit 20 Jahren konzentriert sich die Forschung auf Lignin. Aber erst jetzt – durch die Forschungsergebnisse von Al Aiti – ist umfänglich bekannt, wie nachhaltige Hochleistungsfasern erfolgreich hergestellt werden können. Damit ist der Startschuss für eine ökologische, kostengünstige und massentaugliche Alternative aus Sachsen zu klassischen Kohlenstofffasern gefallen.

Besonders leicht und äußerst stabil: Kohlenstofffasern, auch Carbonfasern genannt, sind das aktuelle Lieblings-Material vieler Ingenieure. Automobilindustrie, Windenergie-Branche sowie Raum-, Luft- und Schifffahrt nutzen das Verbundmaterial aus Kohlen- und Kunststoff bevorzugt für Leichtbauanwendungen. So kann Gewicht und Kraftstoff gespart und die Leistung gesteigert werden. Bisher werden Kohlenstofffasern jedoch überwiegend aus Erdöl oder Pech hergestellt. Das ist teuer, verbraucht endliche Ressourcen und kann die steigende Nachfrage bald nicht mehr decken.

Al Aiti hat sich für die Herstellung von Kohlenstofffasern auf der Basis des nachwachsenden Rohstoffes Lignin entschieden. Lignin macht ca. 20 bis 30 Prozent der Trockenmasse verholzter Pflanzen aus. Es ist ein Abfallprodukt der Papierindustrie, das massenhaft und kostengünstig zur Verfügung steht. „Jedes Jahr fallen etwa fünfzig Millionen Tonnen Lignin in der Papierindustrie an, die bisher fast vollständig wieder verbrannt werden.

Schon lange versuchen Wissenschaftler weltweit, massentaugliche Lignin-basierte Kohlenstofffasern herzustellen. Mich hat interessiert, wie Lignin kostengünstig aufbereitet und zu Fasern verarbeitet werden kann, um dem Massenmarkt zu genügen. Die hohen Herstellungskosten der etablierten Kohlenstofffasern blockieren den Durchbruch am Markt bisher“, so Al Aiti.

Schon Edison suchte 1882 für seine Glühbirne nach Kohlenstofffasern aus nachwachsenden Rohstoffen. In den 1950er Jahren nahm die Forschung nach alternativen Ausgangsstoffen für die Hightech-Fasern insbesondere in der Luft- und Raumfahrt wieder Fahrt auf. Seither suchen Ingenieure, Werkstoffwissenschaftler und Chemiker weltweit nach geeigneten Rohstoffen und Produktionsbedingungen, um ökologische Kohlenstofffasern herstellen zu können – mit bestimmten mechanischen Eigenschaften und zu einem Preis, der vor allem für die Automobilindustrie und Windenergie-Branche attraktiv sein muss. Bisherige Forschungen konzentrieren sich dabei auf die chemische Zusammensetzung.

Der Nachwuchswissenschaftler aus Dresden hat einen anderen Ansatz verfolgt: Muhannad Al Aiti hat sich Material und Produktionsprozess aus physikalischer und chemischer Perspektive angeschaut und jeden einzelnen Herstellungsschritt untersucht. Dadurch konnte er einen umfangreichen Kriterienkatalog erstellen, an dem Wissenschaft und Wirtschaft nun ablesen können, wie erfolgsversprechend die eigenen ökologischen Kohlenstofffasern sind.

Aktuell forscht Al Aiti weiter am Produktionsprozess der nachhaltigen Hightech-Fasern. Ab Mitte August wird er Experimente an der Technischen Universität Tampere (Finnland) durchführen. Nur dort kann er die Lignin-basierten Kohlenstofffasern mit einem speziellen Spinnverfahren herstellen. Ziel ist, Lignin in einem industrialisierbaren Prozess so aufzuarbeiten, dass daraus leistungsfähige, kostengünstige und massentaugliche ökologische Kohlenstofffasern entstehen. Die Forschungsergebnisse dazu sollen noch in diesem Jahr veröffentlicht werden.

Muhannad Al Aiti ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der TU Dresden (TUD) und führt die experimentellen Arbeiten zu seiner Promotion am Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF) unter der Betreuung von Prof. Gert Heinrich durch. Einen Teil der Forschungsergebnisse hat Al Aiti gemeinsam mit einem interdisziplinären Team aus TUD und IPF kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift „Progress in Materials Science“ veröffentlicht.

„Muhannad Al Aiti konnte seine Forschungsergebnisse in der weltweit zweitwichtigsten Fachzeitschrift im Bereich Werkstoffwissenschaften veröffentlichen. Das erreichen sonst nur gestandene Wissenschaftler. Der Beitrag unseres Doktoranden Muhannad Al Aiti wurde von internationalen Gutachtern als bedeutend eingeschätzt und sehr schnell zur Veröffentlichung angenommen. Das ist ziemlich beeindruckend und zeigt die große internationale Bedeutung der Forschungsergebnisse“, kommentiert sein Doktorvater Prof. Heinrich, Seniorprofessor für Polymerwerkstoffe an TUD und IPF. Dieses Projekt ist zugleich ein Beispiel für die enge Kooperation der TU Dresden mit außeruniversitären Forschungseinrichtungen im Rahmen des Wissenschaftsverbundes DRESDEN-concept.

Das große internationale Interesse an der Forschungsarbeit von Al Aiti führte sofort nach der Veröffentlichung zu etlichen Vortragseinladungen, der Anfrage zu einem Forschungsaufenthalt in Australien und nach einem gemeinsamen Forschungsprojekt auf EU-Ebene.

Muhannad Al Aiti kam im Jahr 2009 als Stipendiat von Syrien nach Deutschland. Seit zwei Jahren (2016) besitzt er die deutsche Staatsbürgerschaft.

Bildunterschrift: Das braune Lignin ist ein Abfallprodukt der Papierindustrie. Schon bald soll es zur Herstellung von ökologischen Kohlenstofffasern eingesetzt werden. Die etablierten schwarzen Kohlenstofffasern werden auf der Basis von Erdöl oder Pech produziert.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

M. Sc. Muhannad Al Aiti
TU Dresden
Fakultät Maschinenwesen
Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik
Tel.: +49 (0)351 463 42770 oder +49 (0)351 4658 479
E-Mail: aiti@ipfdd.de

Originalpublikation:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079642518300720

Kim-Astrid Magister | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.tu-dresden.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Implantate aus Nanozellulose: Das Ohr aus dem 3-D-Drucker
15.01.2019 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

nachricht Atomarer Mechanismus der Supraschmierung aufgeklärt
11.01.2019 | Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Fliegende optische Katzen für die Quantenkommunikation

Gleichzeitig tot und lebendig? Max-Planck-Forscher realisieren im Labor Erwin Schrödingers paradoxes Gedankenexperiment mithilfe eines verschränkten Atom-Licht-Zustands.

Bereits 1935 formulierte Erwin Schrödinger die paradoxen Eigenschaften der Quantenphysik in einem Gedankenexperiment über eine Katze, die gleichzeitig tot und...

Im Focus: Flying Optical Cats for Quantum Communication

Dead and alive at the same time? Researchers at the Max Planck Institute of Quantum Optics have implemented Erwin Schrödinger’s paradoxical gedanken experiment employing an entangled atom-light state.

In 1935 Erwin Schrödinger formulated a thought experiment designed to capture the paradoxical nature of quantum physics. The crucial element of this gedanken...

Im Focus: Implantate aus Nanozellulose: Das Ohr aus dem 3-D-Drucker

Aus Holz gewonnene Nanocellulose verfügt über erstaunliche Materialeigenschaften. Empa-Forscher bestücken den biologisch abbaubaren Rohstoff nun mit zusätzlichen Fähigkeiten, um Implantate für Knorpelerkrankungen mittels 3-D-Druck fertigen zu können.

Alles beginnt mit einem Ohr. Empa-Forscher Michael Hausmann entfernt das Objekt in Form eines menschlichen Ohrs aus dem 3-D-Drucker und erklärt: «Nanocellulose...

Im Focus: Nanocellulose for novel implants: Ears from the 3D-printer

Cellulose obtained from wood has amazing material properties. Empa researchers are now equipping the biodegradable material with additional functionalities to produce implants for cartilage diseases using 3D printing.

It all starts with an ear. Empa researcher Michael Hausmann removes the object shaped like a human ear from the 3D printer and explains:

Im Focus: Roter Riesenvollmond in den Morgenstunden des 21. Januar

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg - Frühaufsteher sind diesmal im Vorteil: Wer am Morgen des 21. Januar 2019 vor 6:45 Uhr einen Blick an den Himmel wirft, kann eine totale Mondfinsternis bestaunen. Dann leuchtet der sonst so strahlende Vollmond zwischen den Sternbildern Zwillingen und Krebs glutrot.

Um das Finsternis-Spektakel in seiner gesamten Länge zu verfolgen, muss man allerdings sehr früh aus dem Bett: Kurz nach 4:30 Uhr beginnt der Mond sich langsam...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Event News

Our digital society in 2040

16.01.2019 | Event News

11th International Symposium: “Advanced Battery Power – Kraftwerk Batterie” Aachen, 3-4 April 2019

14.01.2019 | Event News

ICTM Conference 2019: Digitization emerges as an engineering trend for turbomachinery construction

12.12.2018 | Event News

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

So schnell erwärmen sich die Dauerfrostböden der Welt

16.01.2019 | Geowissenschaften

Wirken Strahlen besser mit Gold?

16.01.2019 | Förderungen Preise

Wie Daten und Künstliche Intelligenz die Produktion optimieren

16.01.2019 | Veranstaltungsnachrichten

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics