“碳中和”背景下正在崛起的生物基碳纤维产业

全球科学家们正在开发生物基碳纤维以取代或部分取代石油基产品。位于德国邓肯多夫的纺织与纤维研究所的弗兰克博士说“碳纤维是一种神奇的材料，因为它与金属相比非常坚固，但又轻。”但是目前碳纤维的生产依赖于石油，碳足迹非常糟糕。

碳纤维被广泛用于制造飞机、汽车以及自行车、网球拍和风力涡轮机等高性能产品。它非常轻量化，这意味着它可以显著提高性能和减少能源需求。

碳纤维是由几乎纯碳晶体构成的不可思议的细线，直径5-10微米，它的机械强度是钢的5倍，硬度是钢的两倍。碳纤维最早便是由纤维素和人造丝等植物性材料制成，直到后来在石油制品的低成本和高性能取代。弗兰克博士介绍，为了制造这种纤维，石油首先被加工成剧毒的聚丙烯腈（PAN）。它被拉成细线，然后在没有氧气的烤箱里加热。但生产过程需要大量的能源，并产生大量的排放物和毒素。与过去人们只关心成本不同，现在可持续发展更为重要，并且石油也变得不那么便宜，弗兰克所做的是探索将木质素（一种在大多数植物中发现的物质，也是造纸工业的副产品）转化为碳纤维的方法。“要做到这一点，我们用化学方法对其进行提纯，使其成形，”他继续说道，“然后我们可以把它纺成纤维，我们尝试直接在水中进行，而不是使用有毒的溶剂。你得到的纤维可以直接变成碳纤维。”但是，他补充说，“与聚丙烯腈基纤维相比，生物基碳纤维的性能处于中低端，我应该说生物基碳纤维不会取代聚丙烯腈基碳纤维。这将是一个与之并驾齐驱的第二个市场。”

“在飞机制造中，它已经被用作标准，”弗兰克说它可以帮助减轻重量，从而改变电动汽车的状况。汽车工业希望转向碳纤维，但目前碳纤维成本太高，可持续性不够。汽车行业受到价格的极大推动，并越来越希望做得更可持续。而且，用碳纤维加固混凝土已经发生，只是还没有大规模采用。这样做的好处是，你可以使混凝土变薄，同时又能承受重载，这样你就可以设计出完全不同的形状。其目的是摆脱目前使用的大量混凝土。” 

碳中和是一次革命。企业并非自愿进行，但如果不去做，将会面临越来越高的环保成本。比如，就连空客这样的航空公司也在寻找可持续的碳纤维。弗兰克说，石油基碳纤维全年全球产能仅15万吨，高昂的成本包括生产过程复杂且能源密集，而且它很难回收和处理，尽管现在正在开发再利用它的方法。“很多人都在这一领域进行创新，但它们会随着每一个周期变得更糟，在某个时候，它们将不得不被处理掉。烧录不是一种选择，因为它很难燃烧。”与此同时，对可持续的高性能材料的需求意味着，随着全球研发的加速，生物基碳纤维可能很快变得更实惠。“我们正致力于利用这些工厂的原材料，并将它们直接转化为碳纤维，总结思路也很简单，我们通过植物从空气中获取碳，而不是从石油或煤炭等化石来源向大气中添加碳。