Углеродные волокна из растений

Углеродные волокна во многом произвели революцию в таких сферах нашей жизни, как гражданское строительство, авиация и военная промышленность. Они в пять раз прочнее стали и при этом очень легкие. Они также, к сожалению, относительно дороги. Группа исследователей из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии в Колорадо разработала технологию получения углеродных волокон из возобновляемых источников. Благодаря этому удается значительно снизить их цену и одновременно снизить выбросы парниковых газов.

Углеродные волокна характеризуются высокой жесткостью, высокой механической прочностью и малым весом. Благодаря этим свойствам они использовались в строительстве, в том числе, в течение многих лет. самолеты, спортивные автомобили, а также велосипеды и теннисные ракетки. Их получают в процессе пиролиза полимеров нефтяного происхождения (преимущественно полиакрилонитрила), заключающегося в многочасовом нагреве полимерных волокон при температуре до 3000 ℃, без доступа кислорода и под высоким давлением. Это полностью карбонизирует волокно — ничего не остается, кроме углерода. Атомы этого элемента образуют упорядоченную гексагональную структуру (подобную графиту или графену), которая напрямую отвечает за экстраординарные свойства углеродных волокон.

Американцы не планируют менять саму стадию пиролиза. Вместо этого они хотят изменить способ получения основного сырья — полиакрилонитрила. Для синтеза этого полимера необходим акрилонитрил, который в настоящее время образуется в результате переработки сырой нефти. Колорадские ученые предлагают заменить его органическими отходами ферм. Сахара, извлеченные из такой биомассы, ферментируются с помощью выбранных микроорганизмов, а затем их продукты превращаются в акрилонитрил. Производство продолжается в обычном режиме.

Использование возобновляемого сырья в этом процессе будет способствовать снижению выбросов парниковых газов в атмосферу. Доступность полиакрилонитрила на рынке также увеличится, что приведет к снижению цен на углеродные волокна на его основе. Остается только дождаться промышленного использования этого метода.

источник: popsci.com, фото: upload.wikimedia.org