Restprodukt från skogen blir kolfiber

Företag och forskningsinstitut arbetar intensivt med att ta fram kolfiber ur lignin. Om några år är sannolikt avancerade lättviktsmaterial från skogsråvara ett faktum.

Nyligen presenterade Innventia mycket lovande forskningsresultat med att ta fram kolfiber från lignin. I laboratoriemiljö lyckades FoU-företaget med att göra trådar av barrvedslignin. Forskarna smälte och formade lignintrådar i en så kallad smältextruder och fick fram en fiber som håller tillräcklig hög kvalitet att vidareförädla.

– Vi har fått fram ett lignin som lämpar sig som råmaterial för kolfibertillverkning. Det här är en början på något forskarvärlden trodde var omöjligt för bara ett par år sedan, säger Peter Axegård, chef för affärsområde Biorefining på Innventia.

Ett stort genombrott i arbetet kom när Innventia lyckades spinna fibrer från barrvedslignin, något som ansetts omöjligt men som är högst intressant för skogsindustrin på våra breddgrader. Här finns skogsråvaran och sulfatmassabruken där ligninet utvinns ur svartluten.

– Lignin från barrved har visat sig svårare att smälta och spinna än lignin från lövved. Däremot är barrvedslignin lättare att hantera senare i processen. Barrvedslignin tvärbinder snabbt när man väl fått fram en tråd. Olika typer av vedråvara kan användas och lövvedsligning är bra mjukgörare för barrvedsligninet, fortsätter Peter Axegård.

Men än är det ett stycke kvar. Innventia kan ännu inte fullt ut kontrollera betingelserna på grund av att mer avancerad utrustning krävs. En bättre extruder för att spinna en stabil ligninfiber med homogena egenskaper längs hela tråden är det som i första hand behövs.

Två patent

Det finns också kommersiella krafter jämte forskningsinstitut, som befinner sig nära produktion. Några tillverkare av kolfiber har börjat titta på lignin som råvara och två patentsökningar är inlämnade.

Bedömare tror att det kommer att offentliggöras mer på området inom ett år. Bakom intresset ligger att industrin efterfrågat en process som kan ge kolfiber med egenskaper som gör det ekonomiskt motiverat att öka användningsområdet och exempelvis ersätta stål.

Kolfiber har många användningsområden, främst tack vare kombinationen av låg vikt, styrka och styvhet. Det som idag begränsar efterfrågan är just den höga produktionskostnaden. Det fossilbaserade materialet, polyakrylonitril, PAN, liksom fiberspinningen för att få fram kolfiber, kostar. Produktionen av kolfiber i världen är därför förhållandevis liten, ca 50 000 årston.

Beräkningar från ett amerikanskt forskningsinstitut visar att det kan bli ca 30 procent billigare att ta fram kolfiber från lignin som råvara framför oljebaserad råvara. Och när det sker ett genombrott för ligninbaserad kolfiber tror man att behovet av kolfiber kommer att öka till så mycket som 800 000 ton. Det kan ske inom den närmaste tioårsperioden.

Innventia tror på stor användning för ligninbaserad kolfiber i produkter som inte fordrar de högpresterande egenskaper som PAN-kolfiber ger till konstruktioner i satelliter, flygplan och militär utrustning. Användningsområdet forskningsinstitutet ser framför sig är inledningsvis vardagsprodukter som ska vara förhållandevis starka men framförallt lätta. Det kan vara vitvaror i hemmen eller chassin i bilar för att uppnå en förbättrad driftekonomi.

Istället för att bränna sulfatlignin och utvinna energin som massabruken gör idag, kan ligninet alltså tas tillvara som förnyelsebar råvara och ersätta den oljebaserade råvaran i kolfibern.

Det återstår att koppla ihop massafabrikerna med konventionell kolfiberframställning.

- Ingen dramatisk utveckling krävs för att ta fram någon ny värdekedja. Vi utnyttjar bara befintliga massabruk och kolfibertillverkningens processer, avslutar Peter Axegård.

(Artikeln är tidigare publicerad i Process Nordic 7/2012)

Kontakt
Peter Axegård, Director Business Area Biorefining.
Telefon: 08-676 70 00
Mail: peter.axegard@innventia.com

Bild: Motorhuv i kolfiber från JPC Composite

Tekniken

LignoBoost är en teknik för att ta ut lignin ur sulfatmassabrukens svartlut. Detta lignin har sådan hög renhet att endast mindre modifieringar krävs för att det ska gå att göra kolfiber av lignin. LignoBoost-processen har utvecklats av Chalmers och Innventia och ägs av och kommersialiseras idag av Metso.