Исследователи представят свою работу сегодня на 254-м Национальном собрании. Экспозиция Американского химического общества (ACS).«Лигнин — это сложная ароматическая молекула, которая в основном сжигается для получения пара на заводе по биопереработке, что является относительно неэффективным процессом, который не создает большой ценности», — говорит Биргитте Аринг, доктор философии, главный исследователь проекта. «Поиск лучших способов использования остаточного лигнина — действительно движущая сила здесь.
Мы хотим использовать отходы биоперерабатывающих заводов для создания ценности. Мы хотим использовать малоценные продукты для создания дорогостоящих продуктов, которые сделают биоперерабатывающие заводы устойчивыми».Кроме того, есть потенциальные преимущества со стороны углеродного волокна. Углеродное волокно, изготовленное из лигнина, будет более устойчивым и менее дорогим, чем волокна, производимые в настоящее время.
Углеродное волокно, используемое в современных автомобилях и самолетах, обычно изготавливается из полиарилонитрила (PAN), который представляет собой дорогой невозобновляемый полимер. «PAN может составлять около половины общих затрат на производство углеродного волокна», — говорит доктор философии Цзиньсюэ Цзян. Он является докторантом в лаборатории Аринга в Университете штата Вашингтон. «Наша идея состоит в том, чтобы снизить стоимость производства углеродного волокна за счет использования возобновляемых материалов, таких как лигнин биопереработки». Другие исследователи пытались сделать углеродные волокна из 100-процентного лигнина, говорит Цзян, но в итоге получили волокно, слишком слабое для автомобильной промышленности. «Мы хотели объединить высокую прочность PAN с низкой стоимостью лигнина для производства углеродного волокна автомобильного качества».Чтобы разработать прочное, но дешевое углеродное волокно, команда Аринга смешала лигнин с PAN в различных количествах, от 0 до 50 процентов.
Они сплавляли полимеры вместе в одно волокно, используя процесс, называемый прядением из расплава. «Вы повышаете температуру полимерной смеси до тех пор, пока она не расплавится, чтобы она могла течь», — говорит Цзян. «Затем вы вращаете этот полимер, пока не сформируется волокно». Используя различные методы, включая спектроскопию ядерного магнитного резонанса, калориметрию и электронную микроскопию, исследователи оценили структурные и механические характеристики волокон.
Они обнаружили, что им сойдет с рук до 20-30 процентов лигнина без ущерба для прочности. Исследователи говорят, что углеродные волокна лигнина могут найти применение в автомобилях, например, во внутренних деталях, отливках и каркасах шин.
В качестве следующего шага исследователи доставят свои волокна на завод по производству автомобилей, чтобы проверить их прочность в реальных условиях. «Если нам удастся получить волокно, которое можно использовать в автомобильной промышленности, мы сможем сделать биоперерабатывающие заводы более экономически жизнеспособными, чтобы они могли продавать то, что обычно выбрасывают или сжигают», — говорит Аринг. «И продукты были бы более экологичными и менее дорогими».