Eine Forschungsteam des National University of Singapore (NUS) hat eine Methode zur Verwertung schwer recycelbarer Kompositabfälle – Mischungen aus Kohlenstofffasern und Epoxidharz – zu einem leichten, porösen Aerogel mit breitem Anwendungsspektrum entwickelt. Die Arbeit wurde vom Promotionsstudenten Phan Ngo Minh Quang unter der Leitung von Associate-Professor Dr. Duong Minh Hai an der Fakultät für Maschinenbau der School of Design and Engineering des NUS in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern aus Singapur, Vietnam und China durchgeführt. Die Ergebnisse wurden am 29. Juni im begutachteten Fachjournal Waste Management veröffentlicht. Auf dem Laborfoto des NUS präsentieren die Forscher eine fertige Aerogel-Probe – eine dunkle, runde Scheibe, die in einer Handschuh gehalten wird.

Ein Problem, das Jahr für Jahr wächst

Komposite aus Kohlenstofffasern und Epoxidharz sind in der Luft- und Raumfahrt, der Windkraft, dem modernen Fahrzeug- und Schiffsbau zum Standard geworden – überall dort, wo die Kombination aus hoher Festigkeit und minimalem Gewicht entscheidend ist. Am Ende ihrer Lebensdauer stoßen diese Konstruktionen jedoch auf eine Sackgasse: Im Gegensatz zu thermoplastischen Harzen lässt sich Epoxidharz nach dem Aushärten praktisch nicht wieder schmelzen oder neu formen. Bestehende Technologien extrahieren in der Regel das wertvolle Kohlenstofffasermaterial, während die Epoxidmatrix zerstört, auf Deponien entsorgt oder zur Herstellung von minderwertigen Produkten verwendet wird. Alternative Methoden – pyrolytisch, chemisch oder thermisch – erfordern extreme Temperaturen, aggressive Reagenzien oder hohe Energieeinsätze, was sie für die industrielle Verwertung wirtschaftlich und ökologisch fraglich macht.

Der „Gesamtansatz“: vom Pulver zum Aerogel

Das Forschungsteam von Duong Minh Hai hat bewusst auf eine Strategie der Komponententrennung verzichtet. Anstatt die Fasern zu extrahieren und das Harz zu entsorgen, schlug das Team vor, den Komposit als Ganzes zu verwenden. Die Abfälle werden zu feinem Pulver und kurzen faserigen Fragmenten zermahlen, die anschließend mit Carboxymethylcellulose – einem cellulosebasierten Bindemittel – gemischt werden. Die Suspension wird dann lyophilisiert (gefriertrocknet im Vakuum), wodurch ein Aerogel entsteht: ein ultraleichter, hochporöser Werkstoff, dessen Volumen laut Veröffentlichung zu 91–94 % aus luftgefüllten Hohlräumen besteht. Genau diese Struktur bestimmt die entscheidenden Funktionseigenschaften des fertigen Produkts.

Drei Anwendungsbereiche und Sicherheitsprüfung

Die Versuche zeigten, dass das Aerogel ausgeprägte wärmedämmende und schallabsorbierende Eigenschaften aufweist, was den Weg zu seiner Verwendung in Bau- und Ingenieurkonstruktionen zur Reduzierung der Wärmeübertragung und der Lärmbelastung ebnet. Ein eigener Experimentenblock widmete sich den Sorptionseigenschaften: Nach einer Oberflächenbehandlung zur Einschränkung der Wasserdurchlässigkeit nahm der Werkstoff eine erhebliche Menge Öl auf, bei einer extrem geringen Wasseraufnahmefähigkeit. Diese Eigenschaft macht das Aerogel potenziell geeignet für die Bekämpfung von Ölteppichen und die Trennung von Ölemulsionen. Zytotoxizitätstests an Fibroblasten zeigten unter den Versuchsbedingungen keine toxische Wirkung des Materials, was laut Autoren die fortgesetzte Bewertung der Sicherheit bei Kontakt mit Mensch und Umwelt ermöglicht.

Skalierung und Partnersuche

„Verbesserte Kompositwerkstoffe haben es ermöglicht, in vielen Industriezweigen leichtere und effizientere Konstruktionen zu schaffen. Der nächste Schritt besteht darin, eine nachhaltige Nutzung dieser Materialien am Ende ihrer Lebensdauer zu gewährleisten“, betonte Associate-Professor Dr. Duong Minh Hai. Derzeit sucht die Gruppe aktiv nach Partnern in der Luft- und Raumfahrt, im Bereich fortschrittlicher Werkstoffe sowie in Produktion und Abfallwirtschaft. Als Prioritäten der nächsten Phase werden die Skalierung der Technologie sowie eine umfassende Bewertung ihrer ökologischen und wirtschaftlichen Effizienz vor einer möglichen industriellen Einführung genannt.

Widersprüchliche Daten

In den zur Faktenprüfung bereitgestellten Quellen wurden keine wesentlichen Abweichungen vom Haupttext festgestellt. Zu beachten ist jedoch, dass eines der zitierten Materialien (pravda.ru) sich mit Leinenkompositen als Alternative zu Kohlenstofffasern befasst und keinen direkten Bezug zum beschriebenen NUS-Forschungsprojekt hat; seine Verwendung als Beleg für Fakten zum Aerogel aus Kohlenstoffkompositen ist unzutreffend. Die Quelle vietnam.vn behandelt das Thema vietnamesischer Wissenschaftler und Luftfahrtabfälle, was den internationalen Charakter des Teams indirekt bestätigt, aber keine unabhängigen quantitativen Daten zum Aerogel enthält. Somit stützen sich alle konkreten Zahlen (91–94 % Porosität, Sorptionsergebnisse, Zytotoxizität) ausschließlich auf die Veröffentlichung in Waste Management und die Pressemitteilung des NUS.