La fibre de carbone est un matériau critique pour les industries telles que l’aérospatiale et l’automobile, appréciée pour sa résistance et ses propriétés légères. Cependant, la production traditionnelle en fibre de carbone repose sur des matériaux coûteux à base de pétrole, ce qui fait augmenter les coûts et l’impact environnemental.
Lignine – Un sous-produit largement disponible de la production de cellulose, avec environ 70 millions de tonnes générées chaque année – offrent une alternative prometteuse et durable. Généralement traité comme des déchets ou des brûlures pour l’énergie, la lignine a un potentiel inexploité d’applications de grande valeur, y compris la fabrication de fibres de carbone de nouvelle génération.
Du laboratoire à l’échelle pilote
Le partenaire de l’industrie Lixea avait auparavant collaboré avec Imperial College London, où les chercheurs ont développé une technologie brevetée pour convertir la lignine en fibre de carbone à une petite échelle de laboratoire (production de 1 ml). Le processus a exploité deux innovations clés:
Cette approche permet non seulement la production de fibres de contenu à haute lignine (75% à 90%) avec une excellente structure et un rendement, mais réduit également considérablement les coûts. En remplaçant les précurseurs à base de pétrole par la lignine et les liquides ioniques – tous deux des matériaux renouvelables, à moindre coût et moins toxiques – les coûts de production pourraient être réduits de trois à cinq fois.
La capacité de Manchester à évoluer
Pour valider cette technologie à grande échelle, des chercheurs de l’Université de Manchester, dirigés par Jonny Blaker, professeur de biomatériaux ont créé une démonstration à l’échelle pilote sur la plate-forme de technologie Fibre, au Henry Royce Institute, en utilisant sa ligne de filage humide. La lignine provient de l’usine pilote de Lixea, qui utilise le même liquide ionique pour extraire la lignine des déchets de bois, assurant un alignement des processus avec les technologies existantes de l’entreprise.
L’équipe de Manchester a testé trois lignines différentes – deux de la sciure d’épinette, et une de Bagasse, un sous-produit de la production de sucre – avec la lignine dérivée de Bagasse prouvant la plus efficace, permettant une rotation continue des fibres à l’échelle pilote pour la première fois.
Apprentissage clé et développement futur
Plusieurs idées critiques ont émergé des essais. Premièrement, le contrôle du séchage a été crucial pour prévenir le rétrécissement des fibres. Deuxièmement, les solutions de lignine sont devenues plus visqueuses au fil du temps, nécessitant des ajustements pour maintenir la qualité. Et troisièmement, la conception de la spinneret a affecté l’uniformité des fibres, mettant en évidence la nécessité d’un raffinement supplémentaire.
Grâce au projet, l’équipe a produit avec succès des fibres continues jusqu’à 5 mètres de long. Les prochaines étapes incluent le raffinage des processus de séchage, de collecte et de carbonisation des fibres, qui seront essentiels pour augmenter cette technologie révolutionnaire au Royaume-Uni
Une étape importante pour la fibre de carbone durable
Le succès de Manchester dans la mise à l’échelle de cette nouvelle technologie marque une étape significative vers la production de fibres de carbone durable commercialement viable.
«Nous sommes ravis d’utiliser notre capacité à montrer le potentiel de mise à l’échelle de ce processus pionnier pour créer une alternative renouvelable à faible coût à la fabrication conventionnelle.
« Grâce à l’équipement et à l’expertise disponibles dans notre installation pilote, nous avons pu produire des fibres continues en utilisant la lignine de Lixea, relever les principaux défis de la formulation et du séchage des fibres, tout en veillant à ce qu’il puisse fonctionner avec la technologie de fractionnement du bois de Lixea.
« Cet essai représente une étape importante vers la réalité de la fibre de carbone renouvelable rentable et renouvelable », explique le professeur Blaker.
Avec les progrès continus et la collaboration de l’industrie, la fibre de carbone basée sur la lignine pourrait bientôt devenir une alternative commercialement évolutive, haute performance et respectueuse de l’environnement aux matériaux dérivés du pétrole. Le rôle pionnier de Manchester dans la mise à l’échelle de la technologie renforce sa position de leader dans l’innovation des matériaux et la fabrication durable.