Die Armierung mit Kohlefasern verleiht dieser Steinplatte eine extrem hohe Festigkeit. Foto: A. Battenberg / TUM

Forschung, Technik und Trends

09. April 2019 | Artikel teilen

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Kohlefasern aus Treibhausgas

Chemiker der Technischen Universität München haben ein Verfahren entwickelt, das eine wirtschaftliche Entfernung des Treibhausgases Kohlendioxid aus der Atmosphäre ermöglichen könnte. Funktionieren soll das mithilfe von Algen, die CO₂ in Algenöl verwandeln. Mehr noch: Aus dem Algenöl ließen sich in einem zweiten Schritt Carbonfasern erzeugen. Das wäre auch für die Baustoffindustrie interessant.

Die Carbonfasern (Kohlefasern) aus Algenöl unterscheiden sich nach Angaben des Forscherteams um Professor Thomas Brück keinesfalls von herkömmlich hergestellten Fasern und könnten daher in denselben Einsatzfeldern wie diese genutzt werden. Carbonfasern bilden heute immer häufiger das Gerüst für faserverstärkte Kunststoffe. Sie ermöglichen besonders zugfeste und verformungssteife Materialien, die zugleich sehr leicht sind.

Verwendung von Carbonfasern

Dieser beidseitig mit Kohlefasern verstärkte Granit-Träger ist tragfähig wie Stahl, aber leicht wie Aluminium. Foto: K. Kuse / TechnoCarbonTechnologies

Carbonfaserverstärkte Kunststoffe – kurz CFK – werden schon seit Längerem als High-Tech-Werkstoffe im Flugzeug- und Automobilbau eingesetzt oder auch für die Herstellung von Sportgeräten (Tennisschläger-Rahmen). Doch auch für die Bauindustrie sind sie grundsätzlich interessant – etwa für Formteile wie Schachtabdeckungen, Gitterroste oder Keller-Lichtschächte.

Auch für den Betonbau scheinen Kohlefasern wie geschaffen. Es gibt bereits Praxisbeispiele für Fußgängerbrücken aus textilbewehrtem Beton, aber Armierungen aus Carbonfasern wären sicher noch deutlich belastbarer. Carbonbeton könnte irgendwann zur ernsthaften Alternative für Stahlbeton werden, weil die Fasern deutlich leichtere Bauteile ermöglichen, die zudem noch belastbarer als Stahlbetonteile sind.

Außerdem rosten Carbonfasern anders als Stahlbewehrungen nicht. Beim Stahlbeton wird die Armierungseinlage mit viel Beton überdeckt, damit sie sicher vor äußerer Feuchtigkeit ist. Bei Carbonbeton ist das nicht notwendig, sodass sich filigranere, schlankere Bauteile entwerfen lassen, die trotzdem außerordentlich belastbar sind. Der Einsatz von Carbonfasern würde also auch helfen, viel Zement einzusparen. Das wäre ein Beitrag zur Senkung von CO₂-Emissionen, die bei der Herstellung des Bindemittels in großen Mengen anfallen.

Kostengünstige Carbonfasern?

Einen großen Nachteil hat die Technologie bisher aber: Sie ist noch ziemlich teuer, weil die wirtschaftliche Herstellung von Kohlefasern noch in den Kinderschuhen steckt. Deshalb ist das aktuelle Projekt an der TU München so interessant. Nach ersten Analysen gehen die Forscher nämlich davon aus, dass sich ihre Carbonfasern aus Algenöl wirtschaftlich herstellen lassen.

Das in München entwickelte Verfahren hätte somit also einen doppelten Nutzen: Es würde zur Kohlenstoffsenke beitragen, wenn CO₂ aus der Atmosphäre, aus Kraftwerken oder aus Abgasen der Stahlindustrie verstärkt gebunden wird. Und es hilft zudem dabei, wertvolle Carbonfasern vergleichsweise kostengünstig herzustellen.

Auch langfristig betrachtet könnte das Verfahren durchaus klimaneutral sein. Die Forscher regen an, die Carbonfasern am Ende ihres Lebenszyklus in leere Kohleflöze einzulagern. Damit könne man die entsprechenden Kohlendioxid-Äquivalente dauerhaft der Atmosphäre entziehen. „Stellt man aus Kohlendioxid Kunststoffe her, so ist es über die Müllverbrennungsanlage nach wenigen Jahren Nutzung schnell wieder in der Atmosphäre“, erläutert Dipl.-Ing. Kolja Kuse von der TU München. „Mit der sicheren Einlagerung am Ende entziehen wir der Atmosphäre das Kohlendioxid auf Jahrtausende.“

Technologische Grundlagen

Das Algentechnikum der TU München in Ottobrunn wurde 2015 eröffnet. Foto: A. Heddergott / TUM

Die technologischen Grundlagen für das neue Verfahren legten die Forscher am 2015 eröffneten Algentechnikum auf dem Ludwig-Bölkow-Campus in Ottobrunn (Landkreis München). In diesem weltweit einmaligen Technikum für die Algenzucht arbeitet die TU an der technischen Kultivierung von Algen als umweltfreundlicher Rohstoffbasis für Flugzeugtreibstoffe (Biokerosin) und Industriechemikalien. Die Besonderheit der Ottobrunner Anlage besteht darin, dass man dort die lichttechnischen und klimatischen Bedingungen für praktisch jeden Ort auf der Welt simulieren kann.

In diesem Forscherparadies also gelang es dem Team von Professor Thomas Brück mithilfe von Algen das Treibhausgas CO₂ auf effiziente Weise zu binden. Bei ihrem Verfahren entsteht als Zwischenschritt zunächst eine Biomasse (Algenöl), die sich zu Polyacrylnitrilfasern (PAN) weiterverarbeiten lässt. Diese sind der wichtigste Vorläufer der Kohlefaserproduktion. Die Energie von Parabol-Sonnenspiegeln verkohlt anschließend die PAN-Fasern zu Carbonfasern.

Vom Labor zu Großanlagen

Die Münchner Forscher wollen nun diese neue Algentechnologie weiterentwickeln. Großanlagen seien in Südeuropa und Nordafrika denkbar. „Das System ist leicht auf große Flächen skalierbar“, sagt Professor Thomas Brück. „Weltweit ließen sich Anlagen von in Summe der Größe Algeriens bauen und so beispielsweise die CO₂-Emissionen der Luftfahrt ausgleichen.“

Vorwürfe, man würde wie beim Biogas mit landwirtschaftlichen Flächen konkurrieren, weist Brück zurück: „Während bei der Produktion von Biokraftstoff aus Mais eine problematische Konkurrenz zwischen Teller und Tank besteht, wachsen Algen auch in Salzwasser; sie brauchen keinen fruchtbaren Boden und keine Pestizide.“ Salzwasser-Algen gedeihen zudem sehr gut in sonnenreichen Gegenden wie Nordafrika, wo es genügend Flächen gibt, auf denen Landwirtschaft nicht sinnvoll ist.

Über den Autor Roland Grimm ist seit Februar 2013 freier Journalist mit Sitz in Essen und schreibt regelmäßig Fachwissen-Artikel für BaustoffWissen. Zuvor war er rund sechs Jahre Fachredakteur beim Branchenmagazin BaustoffMarkt und außerdem verantwortlicher Redakteur sowie ab 2010 Chefredakteur der Fachzeitschrift baustoffpraxis. Kontakt: freierjournalist@rolandgrimm.com

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