Att använda växter och träd för att tillverka produkter som papper eller etanol lämnar efter sig en rest som kallas lignin, en komponent av växtcellväggar. Att överblivet lignin är inte bra för mycket och blir ofta bränt eller slängt på soptippar. Nu, forskare rapporterar omvandling av lignin till kolfiber för att producera ett billigare material som är tillräckligt starkt för att bygga bil- eller flygplansdelar.

Forskarna kommer att presentera sitt arbete idag vid American Chemical Societys (ACS) 254:e nationella möte och utställning. ACS, världens största vetenskapliga sällskap, håller mötet här till och med torsdag. Den har nästan 9, 400 presentationer om ett brett spektrum av vetenskapliga ämnen.

"Lignin är en komplex aromatisk molekyl som huvudsakligen bränns för att göra ånga i en bioraffinaderianläggning, en relativt ineffektiv process som inte skapar mycket värde, säger Birgitte Ahring, Ph.D., huvudutredaren i projektet. "Att hitta bättre sätt att använda överblivet lignin är verkligen drivkraften här. Vi vill använda bioraffinaderiavfall för att skapa värde. Vi vill använda en lågvärdig produkt för att skapa en högvärdig produkt, som kommer att göra bioraffinaderier hållbara."

Dessutom, det finns potentiella fördelar på kolfibersidan av ekvationen. Kolfiber tillverkade med lignin skulle vara mer hållbara och billigare än fibrer som produceras för närvarande. Kolfibern som finns i moderna bilar och flygplan är vanligtvis gjorda av polyarylonitril (PAN), vilket är dyrt, icke förnybar polymer. "PAN kan bidra med ungefär hälften av den totala kostnaden för att tillverka kolfiber, "Jinxue Jiang, Ph.D., säger. Han är postdoktor vid Ahring-laboratoriet vid Washington State University. "Vår idé är att minska kostnaderna för att tillverka kolfiber genom att använda förnybara material, som bioraffinaderilignin." Andra forskare har försökt göra kolfibrer av 100 procent lignin, Jiang säger, men slutade med en fiber som var för svag för bilindustrin. "Vi ville kombinera den höga styrkan hos PAN med den låga kostnaden för ligninet för att producera en kolfiber av bilkvalitet."

Att utveckla en stark men ändå billig kolfiber, Ahrings team blandade lignin med PAN i varierande mängder, från 0 till 50 procent. De smälte samman polymererna till en enda fiber med en process som kallas smältspinning. "Du höjer temperaturen på polymerblandningen tills den smälter, så det kan flöda, " säger Jiang. "Då, du snurrar dessa polymersmältningar tills fibern bildas." Genom att använda en mängd olika metoder, inklusive kärnmagnetisk resonansspektroskopi, kalorimetri och elektronmikroskopi, forskarna utvärderade fibrernas strukturella och mekaniska egenskaper. De fann att de kunde komma undan med så mycket som 20-30 procent lignin utan att ge avkall på styrkan. Lignin-kolfibrerna kan, forskarna säger, har bilapplikationer som inre delar, gjutgods och däckramar.

Som nästa steg, forskarna kommer att ta sina fibrer till en biltillverkningsanläggning för att testa sin styrka i ett verkligt scenario. "Om vi ​​kan lyckas få en fiber som kan användas inom bilindustrin, vi kommer att ha ett bra läge för att göra bioraffinaderier mer ekonomiskt lönsamma, så att de kan sälja vad de vanligtvis skulle slänga eller bränna, Ahring säger. "Och produkterna skulle vara mer hållbara och billigare."