Hightech-Werkstoffe aus Naturfasern
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- Seile aus Naturfasern gibt es schon seit Jahrhunderten. Bald könnten sie auch in Hightech-Produkten zum Einsatz kommen. Quelle: Florian Gerlach (Nawaro)
02.12.2011 -
Der Bedarf an Kunststoff ist riesig. Weltweit wurden im Jahr 2010 265 Millionen Tonnen Plastik hergestellt. Als Ausgangsstoff für die Polymere dienten bisher Vorstufen, die aus Rohöl gewonnen wurden. Doch auch in der Kunststoffchemie setzt ein Umdenken ein. Statt des nicht nachhaltigen Erdöls sollen künftig nachwachsende Rohstoffe als Ausgangsprodukt dienen. Intensiv werden die Einsatzmöglichkeiten der grünen Grundsubstanzen getesten. Mit Erfolg: Schon heute gibt es Joghurtbecher, die aus Mais hergestellt wurden oder Kosmetikprodukte, die in Zuckerrohr-Plastik verpackt sind. Deutsche Wissenschaftler wollen noch einen Schritt weiter gehen. Sie entwickeln Biokunststoffe, die das bisherige Plastik nicht nur ersetzen können, sondern die ihren fossilen Pendants überlegen sind.
Noch haben Biokunststoffe nur einen kleinen Marktanteil, doch das ändert sich. „Biobasierte Polymere zeigen ein ähnlich dynamisches Wachstum wie konventionelle Plastikarten in den ersten zehn Jahren nach ihrer Markteinführung“, sagte Stefan Kabasci vom Fraunhofer Institut für Umwelt- Sicherheits- und Energietechnik (Umsicht) in Oberhausen am 28. November auf einer Fachtagung in Berlin. Verantwortlich dafür sei auch das gestiegene Umweltbewusstsein der Verbraucher, betonten Branchenexperten auf der erst wenige Tage zuvor veranstalteten European Bioplastics Conference (mehr…).
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Bakterien liefern Plastik-Rohstoff
Kabasci gehört zu einer Gruppe von sechs jungen Forschungsgruppenleitern, die durch das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) im Rahmen des Förderschwerpunkts „Nachwuchsgruppen auf dem Gebiet der nachwachsenden Rohstoffe“ unterstützt werden. Sie trafen sich in Berlin, um über den Stand ihrer Projekte zu berichten. Kabasci forscht an der mikrobiellen Herstellung und chemischen Weiterverarbeitung von Bernsteinsäure, einem wichtigen Ausgangsstoff für die Plastikindustrie. Der jährliche Bedarf für die Plattformchemikalie liegt derzeit bei 15.000 Tonnen und der Marktwert beträgt sechs bis neun Euro pro Kilogramm. Das Bakterium Anaerobiospirillum succiniciproducens kann mit verschiedenen nachwachsenden Rohstoffen gefüttert werden, um die Bernsteinsäure zu produzieren. Die Substanz wird dann gemeinsam mit anderen Molekülen zu langen Polymerketten verbunden. So lassen sich unterschiedliche Plastiksorten herstellen, Polyamide oder Polyester beispielsweise. „Forschung bedeutet auch Risiko“, gab der Ingenieur Kabasci vor etwa 60 Zuhörern in Berlin zu Bedenken. Nicht alles was man sich zu Beginn eines Projektes vornehme, könne am Ende auch umgesetzt werden. Nur zu wahr: Die auf diese Weise hergestellten Polyamide lassen sich mit industriellen Verfahren nicht verarbeiten, dafür sind sie zu empfindlich. Erfolgreicher verliefen hingegen die Versuche mit Polyestern – hier entstehen für die Industrie interessante Produkte.
Naturfaser als Brandschutzmittel
Auch Leif Steuernagel von der Technischen Universität Clausthal betonte in seinem Vortrag, wie wichtig die enge Zusammenarbeit mit kommerziellen Partnern ist. Der Chemiker arbeitet derzeit an einem Verfahren, mit dem Naturfasern in Kunststoffprodukte eingebracht werden, um so neue Materialien zu schaffen. Der Anspruch ist hoch: „Wir wollen Naturfasern großindustriell nach vorne bringen. Das ist das hehre Ziel der Nachwuchsgruppe“, so Steuernagel in Berlin. Gelingt das, so könnte es auch der Umwelt nützen. Denn die Herstellung besonders von Kohlenstoff- aber auch Glasfasermatten verschlingt viel Energie. Das liegt nicht zuletzt an den hohen Temperaturen, die notwendig sind um die Fasern herzustellen. „Im Prozess werden Temperaturen von mehr als 2000°C erreicht“, sagte Steuernagel. Die Fasermatten aus nachwachsenden Rohstoffen bieten aber auch ökonomische Vorteile: eine geringe Dichte und dadurch eine Gewichtsersparnis, zudem niedrige Kosten. Erste Ideen, wo das neue Material eingesetzt werden könnte gibt es schon. Eine zusätzliche Beschichtung sorgt dafür, dass die Fasern nur noch schwer in Brand geraten. Solche Flammschutzsausrüstungen lassen sich dann später beispielsweise beim Gebäudebau einsetzen.
In weiteren Projekten arbeiten Forscher daran, Fette und Pflanzenöle als Rohstoff für die Herstellung neuer Feinchemikalien nutzbar zu machen oder Cellulose für den industriellen Einsatz zu modifizieren. Die Beispiele machen deutlich: In vielen Bereichen gibt es schon biobasierte Alternativen zu petrochemischen Produkten, die manchmal sogar besser sind als das Original. Was dem großen Durchbruch derzeit noch im Wege steht sind häufig wirtschaftliche Erwägungen: Die Anlagen in der Petrochemie sind seit Jahrzehnten gnadenlos auf Effizienz getrimmt worden. Damit die biotechnologischen Projekte hier mithalten können, ist noch viel Arbeit nötig.
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