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So vielfältig wie sich Kohlenstoff in der Natur bzw. in technisch hergestellten Werkstoffen präsentiert, so breit ist auch dessen Anwendung. Zu den Modifikationen gehören die kristallinen Formen Grafit, Diamant- sowie Graphen und amorphe Kohlenstoffe (auch: Diamond-Like Carbon, DLC). Dünne Kohlenstoffschichten in Form von amorphen Schichten mit hoher Mikrohärte reduzieren Reibung und Verschleiß z. B. bei Schneidwerkzeugen, medizinischen Instrumenten, Implantaten, industriellen Bauteilen, wie Kolben und Zahnräder oder Uhrenkomponenten [1]. Ein Überblick zu aktuellen Projekten und Events der Europäischen Forschungsgesellschaft Dünne Schichten EFDS.

„Damit industrielle Produktion (...) möglich bleibt, müssen wir technologisch ganz neue Wege gehen“, sagt Dr. Benjamin Dietrich vom Institut für Thermische Verfahrenstechnik (TVT) des KIT. „Das gilt auch für die Bereitstellung von Kohlenstoff in der Industrie. Benötigt wird dieser bei der Produktion von Batterien, in der Farbindustrie, im Agrarsektor oder auch bei der Herstellung von Baustoffen. Bislang stammt er meist aus fossilen Quellen.“

Als unmittelbarem Beitrag zum Klimaschutz helfen die Vita Produkte von Clariant, fossilen Kohlenstoff in der Wertschöpfungskette durch Kohlenstoff aus erneuerbaren Quellen zu substituieren. Die Einführung 100%-biobasierter Tenside und PEGs stellt eine signifikante Erweiterung der Inhaltsstoffe des Muttenzer Unternehmens dar. Sie weisen einen so genannte Renewable Carbon Index (RCI) von mindestens 98 % auf.

Die Renewable Carbon Initiative ist ein Interessenverband, dem mehr als 30 bekannte Unternehmen aus der Chemie- und Werkstoffindustrie angehören. Die Initiative wurde 2020 mit dem Ziel gegründet, beide Branchen bei der enormen Herausforderung zu unterstützen, die Klimaziele der Europäischen Union und die gesellschaftlichen Erwartungen in Sachen Nachhaltigkeit zu erfüllen. Dafür muss die Industrie mehr tun, als lediglich Energie aus erneuerbaren Quellen zu nutzen. Da eine Dekarbonisierung für die Chemie- und Werkstoffindustrie nicht zur Debatte steht, da Kohlenstoff ihren unverzichtbaren Grundstoff bildet, braucht es alternative Strategien. Heute hat die RCI ein umfassendes Strategiepapier zu der Frage veröffentlicht, wie erneuerbarer Kohlenstoff als Grundlage für nachhaltige Kohlenstoffkreisläufe nutzbar gemacht werden kann.

Im Zentrum von Planeten finden sich extreme Zustände: Es herrschen Temperaturen von vielen Tausend Grad, der Druck ist millionenfach größer als der Atmosphärendruck. Einem internationalen Forschungsteam unter Beteiligung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) gelang es nun, mit den Lichtblitzen des stärksten Röntgenlasers der Welt die chemischen Eigenschaften des wichtigen Elements Kohlenstoff unter den Extrembedingungen der so genannten „warmen dichten Materie“ , eines Übergangszustandes zwischen Festkörper und Plasma, zu untersuchen.

Ein internationales Forscherteam hat Quantenspinketten aus Kohlenstoff gebaut und lieferte experimentelle Beweise für die Haldanae-Phase – eines der wichtigsten Modelle des Quantenmagnetismus. Die Entwicklung gelang unter der Leitung der Empa und des International Iberian Nanotechnology Laboratory. Mittels Rastertunnelmikroskopie lieferten das Team experimentelle Beweise für die Haldane-Phase, erstmals 1983 vorhergesagt von F.D.M. Haldane, einem der drei Träger des Physik-Nobelpreises 2016.

Das Schneiden von Kohlenstoffnanoröhrchen

Kohlenstoffnanoröhrchen (CNTs) sind entweder einwandig (Single‐walled nanotubes = SWNT) oder mehrwandig (Multi‐walled nanotubes = MWNT). Die SWNTs haben einen Durchmesser von etwa einem Nanometer, die MWNTs von bis zu 50 Nanometern. Die CNTs werden überwiegend mittels Bogenentladung, Laserverdampfung oder chemischer Gas-Phasen Abscheidung hergestellt. Bei allen Verfahren werden Wachstumsinitiatoren eingesetzt. Die so erhaltenen Nanotubes können eine Länge von Mikrometern, Millimetern oder sogar Zentimetern (als Röhrenbündel) erreichen. Die Unterschiede in Länge und Durchmesser, die Anzahl der Wände und ob die Röhren an den Enden geschlossen oder offen sind, haben Einfluss auf ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften und letztendlich auf die Anwendung.

Polyamide sind zäh, haben eine hohe Zugfestigkeit und Elastizität und besitzen eine extrem gute Abriebfestigkeit. Polyamid (PA)-Compounds decken ein breites Spektrum industrieller Anwendungen ab und werden in nahezu allen Schlüsselindustrien von der Automobil- und Konsumgüterindustrie bis hin zum Elektronik- und Medizin-/Gesundheitsbereich umfassend eingesetzt.

Elcowire führt in Teilen der Produktion in seinen Werken im schwedischen Helsingborg und im deutschen Hettstedt kohlenstoffarmes Kupfer ein. Die neue Kupferqualität Low-carbon Copper ist ein wesentlicher Schritt zur Verringerung des Kohlendioxid-Fußabdrucks.

Leitfähige Additive wie Ruß oder Graphit spielen in der Batterieforschung eine wichtige Rolle. Ihre Materialeigenschaften tragen entscheidend zur Leistung einer Batteriezelle bei. Dabei hängt die Leitfähigkeitseffizienz der Additiven von der Größe, Struktur und Porosität der Primärteilchen ab.