Bitkisel karbon fiber daha ulaşılabilir olacak

Fosil yakıtlar yerine biyomalzemelerden yapılan karbon lifleri üzerinde çalışan bilim insanları karbon salınımı yapmayan versiyonunu geliştiriyor.

Kıdemli bilim insanı Dr Erik Frank'e göre, biyo-bazlı karbon fiberler, daha uzun pil menziline sahip hafif elektrikli otomobiller yapmak için kullanılabilir.

Beton, çelik yerine karbon lifleri ile güçlendirilerek ultra ince yapıların inşa edilmesine olanak tanınabilir.

Alman Tekstil ve Elyaf Araştırma Enstitülerinde karbon elyaf geliştirme ve yeni malzemeler başkanı olan Frank, "Bu harika bir malzeme çünkü metale kıyasla çok güçlü ve yine de hafif ancak karbon fiberlerin karbon ayak izi genellikle çok kötüdür" dedi.

"Normalde karbon fiber için ham maddeler petrolden geliyor ama biz bundan uzaklaşmaya çalışıyoruz. Biyo bazlı karbon fiberler eskisinden çok daha fazla talep görüyor. Talep yağmuruna tutuluyoruz" diye açıkladı.

Karbon fiber orijinal olarak bitki bazlı malzemelerden yapılıyordu

Karbon lifleri, neredeyse saf karbon kristallerinden oluşan inanılmaz derecede ince ipliklerdir. Sadece 5 ila 10 mikrometre ölçülerinde, çelikten beş kat daha güçlü ve iki kat daha serttirler.

Frank, fosil kaynaklı versiyonların daha düşük fiyatı ve daha yüksek performansının biyo-bazlı karbon fiberi uygulanamaz hale getirene kadar malzemenin orijinal olarak selüloz ve suni ipek dahil olmak üzere bitki bazlı malzemelerden yapıldığını söyledi.

Ancak üretim süreci çok miktarda enerji gerektirir ve büyük miktarlarda emisyon ve toksin üretir. Frank, "Karbon elyaflarının karbon nötr olmasını istiyorsak, tüm bunların yeniden tasarlanması gerekiyor" dedi.

Elyafları yapmak için, petrol önce yüksek derecede toksik poliakrilonitril (PAN) olarak işlenir. Bu, ince iplikler halinde çekilir ve daha sonra oksijensiz bir fırında ısıtılır.

Biyo-bazlı karbon fiberlere yönelik artan talep

İşlem, büyük miktarda enerji gerektirir ve karbon atomları dışındaki her şey yakıldığı için kirlilik üretir. Frank, "Birkaç yıl önce bu bir konu bile değildi. İnsanlar sadece maliyetleri önemsiyordu. Günümüzde sürdürülebilirlik çok daha önemli ve petrol artık o kadar ucuz değil, bu yüzden farklı bir hikaye. Karbon fiber, çok enerji yoğun olduğu için bunda önemli bir bileşen" dedi.

Frank, çoğu bitkide bulunan ve kağıt endüstrisinin bir yan ürünü olan lignini karbon liflerine dönüştürmenin yollarını araştırıyor.

"Hammadde olarak lignin ile çalışıyoruz. Kağıt endüstrisinde büyük miktarlarda biriken bir atık yan ürün. Normalde bu, betona veya asfalta eklenir veya yakılır. Bunu karbon fiber yapmak için kullanıyoruz. Bunu yapmak için, onu saflaştırmak ve iyi bir şekle sokmak için kimyasal yöntemler kullanıyoruz. Daha sonra bunu, toksik çözücüler kullanmak yerine doğrudan suda yapmaya çalıştığımız liflere dönüştürebiliriz. Ve elde ettiğiniz lifler doğrudan karbon liflerine dönüştürülebilir" diye açıkladı.

Karbon fiber şu anda pahalı ve sürdürülemez

Biyo bazlı karbon elyafın performansı, PAN bazlı elyaflara kıyasla "orta ila alt uçta" olduğunu da sözlerine ekledi. "Biyo bazlı karbon fiberlerin PAN bazlı olanların yerini almayacağını söylemeliyim. Bu sadece yan yana koşan ikinci bir pazar olacak."

Karbon fiber, uçak ve arabaların yanı sıra bisikletler, tenis raketleri ve rüzgar türbinleri gibi yüksek performanslı ürünler oluşturmak için yaygın olarak kullanılmaktadır. Son derece hafiftir, yani performansı önemli ölçüde artırabilir ve enerji gereksinimlerini azaltabilir.

Ancak hem üretimi pahalı hem de sürdürülemezliği nedeniyle karbon fiber giderek kötüleşen bir üne sahip.

Frank, "Karbon fiber uçak yapımında zaten standart olarak kullanılıyor. Ağırlıktan tasarruf etmeye yardımcı olarak elektrikli otomobillerde fark yaratabilir. Otomotiv endüstrisi karbon fibere geçmek istiyor ama bu henüz çok pahalı ve yeterince sürdürülebilir değil. Otomobil endüstrisi son derece fiyat tarafından yönlendiriliyor ve giderek daha fazla sürdürülebilir şeyler yapmak istiyor" dedi.

Karbon fiber ile güçlendirilmiş beton

Frank, "Betonun karbon fiberle güçlendirilmesi zaten küçük ölçekte gerçekleşiyor, ancak henüz kitlesel benimseme aşamasında değil. Faydası, ağır yükleri taşırken betonu çok daha ince hale getirebilmeniz, böylece tamamen farklı şekiller tasarlayabilmenizdir. Amaç, günümüzde kullanılan çok miktarda betondan uzaklaşmak" dedi.

Biyo bazlı karbon fiberler, petrol bazlı seçeneklerden daha uygun olabilir

Karbon fiberin yüksek maliyeti kısmen karmaşık ve enerji yoğun üretim sürecinden kaynaklanmaktadır. Frank, küresel üretimin yılda sadece 150.000 ton olduğunu söyledi.

Malzemenin bir diğer dezavantajı ise, artık yeniden kullanım yolları geliştirilmekle birlikte, geri dönüştürülmesi ve bertaraf edilmesinin zor olmasıdır.

Frank, "Birçok kişi bu alanda yenilik yapıyor. Halihazırda epeyce geri dönüştürülmüş karbon elyaf var ve hatta ürünlerde bile kullanılıyorlar. Elbette her döngüde daha da kötüleşiyorlar ve bir noktada atılmaları gerekecek. Yakmak bir seçenek değil çünkü yakması gerçekten zor. Çoğu zaman eski madenlerde depolanır" dedi.

Airbus "sürdürülebilir karbon elyaf arıyor"

Ancak sürdürülebilir, yüksek performanslı malzemelere olan talep, dünya çapında araştırma ve geliştirme hızları arttıkça biyo-bazlı karbon fiberlerin yakında daha uygun fiyatlı olabileceği anlamına geliyor.

Frank, "Bütün endüstriler CO2'yi azaltmaya zorlanıyor. Artık gönüllü olarak değil çünkü yapmazlarsa çok pahalıya mal olacak. Airbus gibi havacılık şirketleri bile sürdürülebilir karbon fiber arıyor. Fabrikaların ham maddelerini kullanarak doğrudan karbon elyafına dönüştürmek için çalışıyoruz. Bu, petrol veya kömür gibi fosil kaynaklardan atmosfere karbon eklemek yerine karbonu havadan bitkiler aracılığıyla aldığımız anlamına geliyor" dedi.

Kaynak: dezeen.com