Het gebruik van planten en bomen om producten zoals papier of ethanol te maken, laat een residu achter dat lignine wordt genoemd, een bestanddeel van plantencelwanden. Die overgebleven lignine is niet goed voor veel en wordt vaak verbrand of op stortplaatsen gegooid. Nutsvoorzieningen, onderzoekers melden dat lignine is omgezet in koolstofvezel om een ​​goedkoper materiaal te produceren dat sterk genoeg is om auto- of vliegtuigonderdelen te bouwen.

De onderzoekers presenteren hun werk vandaag op de 254e National Meeting &Exposition van de American Chemical Society (ACS). ACS, 's werelds grootste wetenschappelijke vereniging, houdt de vergadering hier tot en met donderdag. Het beschikt over bijna 9, 400 presentaties over een breed scala aan wetenschappelijke onderwerpen.

"Lignine is een complex aromatisch molecuul dat voornamelijk wordt verbrand om stoom te maken in een bioraffinaderij, een relatief inefficiënt proces dat niet veel waarde creëert, " zegt Birgitte Ahring, doctoraat, de hoofdonderzoeker van het project. "Het vinden van betere manieren om overgebleven lignine te gebruiken, is hier echt de drijfveer. We willen bioraffinageafval gebruiken om waarde te creëren. We willen een laagwaardig product gebruiken om een ​​hoogwaardig product te creëren, waardoor bioraffinaderijen verduurzamen."

In aanvulling, er zijn potentiële voordelen aan de koolstofvezelkant van de vergelijking. Koolstofvezel gemaakt met lignine zou duurzamer en goedkoper zijn dan de vezels die nu worden geproduceerd. De koolstofvezel die in moderne auto's en vliegtuigen wordt aangetroffen, is meestal gemaakt van polyarylonitril (PAN), wat een prijzig niet-hernieuwbaar polymeer. "PAN kan ongeveer de helft van de totale kosten van het maken van koolstofvezel bijdragen, "Jinxue Jiang, doctoraat, zegt. Hij is een postdoctoraal onderzoeker in het Ahring-laboratorium van de Washington State University. "Ons idee is om de kosten voor het maken van koolstofvezel te verlagen door hernieuwbare materialen te gebruiken, zoals bioraffinage-lignine." Andere onderzoekers hebben geprobeerd koolstofvezels te maken van 100 procent lignine, Jiang zegt, maar eindigde met een vezel die te zwak was voor de auto-industrie. "We wilden de hoge sterkte van PAN combineren met de lage kosten van de lignine om een ​​koolstofvezel van autokwaliteit te produceren."

Om een ​​sterke maar goedkope koolstofvezel te ontwikkelen, Het team van Ahring mengde lignine met PAN in wisselende hoeveelheden, van 0 tot 50 procent. Ze versmolten de polymeren tot een enkele vezel met behulp van een proces dat smeltspinnen wordt genoemd. "Je verhoogt de temperatuur van het polymeermengsel totdat het smelt, zodat het kan stromen " zegt Jiang. "Dan, je laat deze polymeer smelten totdat de vezel zich vormt." Met behulp van een verscheidenheid aan methoden, inclusief kernmagnetische resonantiespectroscopie, calorimetrie en elektronenmicroscopie, de onderzoekers evalueerden de structurele en mechanische eigenschappen van de vezels. Ze ontdekten dat ze weg konden komen met maar liefst 20-30 procent lignine zonder kracht op te offeren. De lignine-koolstofvezels kunnen, zeggen de onderzoekers, hebben auto-toepassingen zoals interne onderdelen, gietstukken en bandenframes.

Als volgende stap, de onderzoekers zullen hun vezels naar een autofabriek brengen om hun kracht te testen in een realistisch scenario. "Als het ons lukt om een ​​vezel te krijgen die in de auto-industrie kan worden gebruikt, zullen we in een goede positie verkeren om bioraffinaderijen economisch levensvatbaarder te maken, zodat ze kunnen verkopen wat ze gewoonlijk zouden weggooien of verbranden, ", zegt Ahring. "En de producten zouden duurzamer en goedkoper zijn."