Durchbruch beim Recycling von Kohlenstoffnanoröhrenfasern gibt Hoffnung auf eine umweltfreundlichere Materialherstellung

Die Welt der Werkstoffherstellung steht seit geraumer Zeit vor einem großen Umweltproblem: Wie können fortschrittliche Materialien nachhaltig hergestellt und recycelt werden?

Jetzt haben Forscher der Rice University eine Entdeckung gemacht, die das Blatt wenden könnte. Sie haben gezeigt, dass Kohlenstoffnanoröhren (CNT) - die bereits für ihre hohe Festigkeit und Vielseitigkeit bekannt sind - vollständig und ohne Qualitätsverlust recycelt werden können.

Laut den Forschern, die hinter der Studie stehen, könnte dieser Durchbruch weitreichende Auswirkungen auf Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobilbau und Elektronik haben.

Besser als Metalle und Polymere

Das Recycling von technischen Materialien war schon immer eine Herausforderung. Wie Matteo Pasquali, leitender Forscher und Direktor des Carbon Hub von Rice, erklärte: "Recycling ist seit langem eine Herausforderung für die Werkstoffindustrie - das Recycling von Metallen ist oft ineffizient und energieintensiv, Polymere verlieren nach der Wiederaufbereitung ihre Eigenschaften und Kohlenstofffasern können überhaupt nicht recycelt werden."

Das Besondere an CNT-Fasern ist, dass sie nach dem Recycling 100 % ihrer ursprünglichen Eigenschaften beibehalten können. Das Team erreichte dies, indem es handelsübliche CNTs in einem gängigen industriellen Lösungsmittel auflöste und sie dann zu neuen Fasern verspinnte. Selbst bei der Kombination von Fasern verschiedener Hersteller funktionierte das Verfahren.

"Überraschenderweise haben wir festgestellt, dass Kohlenstoffnanoröhrenfasern das Recyclingpotenzial bestehender technischer Materialien bei weitem übertreffen ", sagte Pasquali.

Die Mitautorin der Studie, Michelle Durán-Chaves, fügte hinzu, dass die recycelten Fasern "eine gleichwertige mechanische Festigkeit, elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Ausrichtung" aufwiesen, was sie als "beispiellos auf dem Gebiet der technischen Materialien" bezeichnete.

Nachhaltigere Produktion

Neben der Leistung soll auch das Recyclingverfahren selbst äußerst effizient sein. Im Gegensatz zum herkömmlichen Recycling, das oft eine Sortierung erfordert und viel Energie verbraucht, können CNT-Fasern unabhängig von ihrer Herkunft kombiniert werden, erklären die Forscher. Dies könnte wirklich dazu beitragen, Abfall, Energieverbrauch und Kohlenstoffemissionen zu reduzieren, sobald das Verfahren in größerem Maßstab eingesetzt wird.

"Dieser Qualitätserhalt bedeutet, dass CNT-Fasern in anspruchsvollen Anwendungen ohne Leistungseinbußen verwendet und wiederverwendet werden können, wodurch sich ihr Lebenszyklus verlängert", erklärte Mitautor Ivan R. Siqueira.

Wenn die Wissenschaftler mit ihren Erkenntnissen richtig liegen, könnte das Potenzial enorm sein. Sie erklärten, dass die CNT-Fasern sogar schwer zu recycelnde Materialien in allen Bereichen - von Flugzeugen und Autos bis hin zur Infrastruktur - ersetzen und die Industrie durch eine umweltfreundlichere Alternative verändern könnten.

Laut Durán-Chaves: "Wir hoffen, dass dies den Weg für vollständig recycelbare Verbundwerkstoffe in Flugzeugen, Fahrzeugen, zivilen Infrastrukturen und mehr ebnen könnte, um letztlich die Umweltauswirkungen in einer Vielzahl von Sektoren zu verringern."

Quellenhinweis:

Fully recyclable carbon nanotube fibers, published in Carbon, December 2024.