Van afvalmateriaal uit de papier- en pulpindustrie zou binnenkort van alles kunnen worden gemaakt, van tennisrackets tot auto's.

"We hebben een van de meest uitdagende problemen in de sector overwonnen door te ontdekken hoe we koolstofvezel van goede kwaliteit kunnen maken uit afval. " zei dr. Joshua Yuan, Texas A&M AgriLife Onderzoekswetenschapper en universitair hoofddocent plantenpathologie en microbiologie in College Station.

Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in Groene chemie , het peer-reviewed tijdschrift van de Royal Society of Chemistry.

"Mensen denken al jaren na over het gebruik van lignine om koolstofvezel te maken, maar het bereiken van goede kwaliteit was een probleem, ' zei Yuan.

Ongeveer 50 miljoen ton lignine - of structureel onderdeel van een fabriek - stapelt zich elk jaar op als afval van de Amerikaanse papier- en pulpindustrie, hij zei. Extra lignine kan afkomstig zijn van bioraffinaderijen die planten gebruiken om ethanol te produceren, jaarlijks nog eens 100 miljoen tot 200 miljoen ton lignineafval opleveren. Toch wordt momenteel slechts ongeveer 2 procent van het lignine-afval gerecycled tot nieuwe producten, zei Yuan.

"Lignine wordt beschouwd als een van de meest voorkomende biopolymeren ter wereld, "zei hij. "Al dit afval hoopt zich op, en het zal geweldig zijn om het ergens voor te gebruiken."

Het onderzoeksteam van Yuan heeft meerdere successen geboekt bij het maken van brandstof en bioproducten uit lignine. Maar zelfs het proces van het maken van biobrandstoffen laat een grote voorraad afval achter. Dat bracht hen ertoe de mogelijkheid te overwegen om koolstofvezelmateriaal te maken.

Koolstofvezel is geen nieuw concept. Er wordt al sinds 1860 mee gespeeld - oorspronkelijk voornamelijk voor gloeilampen - en staat bekend om zijn hoge sterkte, laag gewicht en hittetolerantie.

Maar het is duur geweest om op traditionele wijze te produceren.

"Als je geen hoogwaardig koolstofmateriaal kunt produceren, het is echt niet handig, ' zei Yuan.

Dus het team onderzocht lignine nader.

"Wat we ontdekten is dat lignine een mengsel is van vele moleculen van vele groottes en verschillende chemische eigenschappen. Door fractionering, we scheidden lignine in verschillende delen, en toen ontdekten we dat bepaalde delen van lignine erg goed zijn voor hoogwaardige koolstofvezelproductie, " hij legde uit.

De onderzoeker merkte op dat lignine een complex molecuul is, maar wanneer de hoge dichtheid, gedeelte met hoog molecuulgewicht is gescheiden van de rest, het heeft een uniforme structuur die de vorming van hoogwaardige koolstofvezel mogelijk maakt.

"We zijn nog steeds bezig met het verbeteren en finetunen van de kwaliteit, maar uiteindelijk zou deze koolstofvezel kunnen worden gebruikt voor windmolens, sportmaterialen en zelfs fietsen en auto's, " zei hij. "Koolstofvezel is veel lichter maar heeft dezelfde mechanische sterkte als andere materialen die nu voor die producten worden gebruikt. Dit materiaal kan voor veel verschillende toepassingen worden gebruikt.

"Het mooie van deze technologie is dat we lignine volledig kunnen gebruiken. Wat we eigenlijk doen, is lignine fractioneren, zodat de fractie met hoog molecuulgewicht kan worden gebruikt voor koolstofvezel en de fractie met laag molecuulgewicht kan worden gebruikt voor bioplastics en producten zoals asfaltbindmiddel dat op wegen wordt gebruikt."

Yuan stelt zich een multi-stream geïntegreerde bioraffinaderij voor waarin lignine op één locatie wordt gescheiden, zodat een verscheidenheid aan materialen - de koolstofvezels met hoge dichtheid en de bioplastics met lage dichtheid, samen met biobrandstoffen uit plantaardige grondstoffen zoals grassen, zouden in één faciliteit kunnen worden gemaakt.

"Als we dezelfde biomassa kunnen gebruiken om verschillende dingen te produceren, dat het beste economische rendement mogelijk maakt door duurzaam te zijn, " zei hij. "Uiteindelijk zou dat leiden tot toenemende banen en het versterken van de economische groei op het platteland.

"En de hele toeleveringsketen bevindt zich in de Verenigde Staten, wat betekent dat de banen hier zouden zijn. De biomassa wordt verbouwd, hier geoogst en vervoerd. Het zou moeilijk zijn om ooit zoveel afval naar een ander land te vervoeren voor productie. Het blijft hier allemaal, " zei Yuan. "Het zou landbouwproductie en industrie samenbrengen in een bio-economie die hernieuwbare producten maakt."