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Fraunhofer ICT – Mit Biomasse technische Werkstoffe entwickeln

Das Fraunhofer Institut für Chemische Technologie in Pfinztal erforscht und entwickelt neue technische Werkstoffe auf Basis von biobasierten Thermoplasten und Furanharzen. Innovative Sparten in der Konsumgüterindustrie, bei Verpackungen und im Transportwesen sind dafür zu begeistern.

Angewandte Elektrochemie, Energetische Materialien und Systeme sowie Polymer und Umwelt Engineering sind die Kernkompetenzen des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie (ICT). Ingenieure, Chemiker und Physiker forschen und entwickeln hier interdiziplinär in den Geschäftsfeldern Automobil und Verkehr, Chemie und Verfahrenstechnik, Energie und Umwelt sowie Verteidigung, Sicherheit und Luft- und Raumfahrt.

Modellprodukte aus einem von Fraunhofer ICT koordinierten Projekt Biocomp (NMP2-CT-2005-515769) © Fraunhofer ICT
Die Fachgruppe Werkstoff- und Prozessanalyse befasst sich im Schwerpunkt mit der Analyse von Materialien sowie der zielgerichteten und schnellen Entwicklung neuer Werkstoffe. Die Schöpfung neuer Werkstoffe aus Biomasse ist dabei ein Thema, das die Entwickler in Atem hält. Der Fokus liegt dabei auf Thermoplasten und Furanharzen, die im EU-Projekt BIOCOMP bis zur Anwendung entwickelt wurden.

Das aus Bagasse gewonnene Furfural dient als Basis zur Herstellung von Furanharzen. „Wir wollen keine Massenkunststoffe produzieren, sondern technische Kunststoffe entwickeln“, erklärt der Projektleiter Dr. Norbert Eisenreich, Physiker und stellvertretender Abteilungsleiter am Fraunhofer ICT. Zusammen mit dem belgischen Partnerunternehmen TransFuran Chemicals BVBA entwickelt das ICT neue technische Werkstoffe aus den Furanharzen. „Es gibt verschiedene Techniken solche Duroplaste herzustellen, das Fraunhofer ICT versucht diese Techniken zu verbessern“, so Eisenreich.

Biobasierte Thermoplaste für technisch herausfordernde Aufgaben

Die thermoplastischen Biopolymere Lignin, Polymilchsäure (PLA) und Polyhydroxybuttersäure (PHB) werden ebenfalls untersucht. Besonders im Bereich des Lignins gibt es durch die enge Zusammenarbeit mit der TECNARO GmbH große Fortschritte. So ist der TECNARO-Werkstoff ARBOFORM das Ergebnis der gemeinsamen Entwicklung. „Der Werkstoff ARBOFORM ist für bestimmte Anwendungen bereits im Serieneinsatz. Um weitere Märkte zu erreichen, muss er in zusätzlichen Variationen verfügbar sein“, erklärt Norbert Eisenreich. Das Fraunhofer-Institut erschließt zusammen mit TECNARO weitere Anwendungsmöglichkeiten.

Das ICT bietet sowohl als Basis die Extraktionsverfahren für die Grundkomponenten als auch die weiterführende Werkstoffentwicklung zur großtechnischen Verarbeitung an. Innerhalb des EU-Projektes BIOCOMP konnten die Fraunhofer Forscher zeigen, dass die biobasierten Thermoplaste es auch im Marktsegment von technisch herausfordernden Aufgaben, wie zum Beispiel dem Flammschutz, mit den erdölbasierten Thermoplasten aufnehmen können. „So langsam kann man sogar in die Preiskategorien der herkömmlichen Kunststoffe vordringen“, sagt Norbert Eisenreich. Um einen Werkstoff aus 100 Prozent Biomasse zu generieren, werden am ICT für die faserverstärkten Kunststoffe nur Naturfasern oder Celluloseregeneratfasern eingesetzt.


Online-Kontrolle erhöht Wirtschaftlichkeit

In einem weiteren geplanten EU-Projekt zusammen mit einem finnischen Partner geht es darum, Lignin aus Rinde zu gewinnen. Da Rinde bisher ein reiner Holzabfallstoff ist, der sogar Probleme bei der Kompostierung macht, sehen die Projektpartner ein großes wirtschaftliches und ökologisches Potenzial.

Weiterhin ist das Fraunhofer ICT auf Kunststoffverarbeitungsuntersuchungen mit Nah-Infrarotspektroskopie spezialisiert. Im Bereich der biobasierten Thermoplaste wird die Methode bei der Kontrolle der Faserverteilung im Kunststoff eingesetzt. Dabei machen sich die Forscher zunutze, dass die Cellulosefasern Licht im Nah-Infrarotbereich, also zwischen 700 und 2500 nm Wellenlänge, absorbieren. Ein bekanntes Problem ist, dass sich die Naturfasern während der Produktion zu Agglomeraten zusammenlagern. Durch die sogenannte Online-Kontrolle können Probleme bei der Produktion rechtzeitig erkannt und somit die Kosten gesenkt werden. Norbert Eisenreich sieht die Online-Messtechnik besonders im Bereich der Biomasse auf dem Vormarsch. „Die aufwendige Analytik nach der Produktion könnte somit wegfallen und die Wirtschaftlichkeit noch einmal erhöhen.“

Glossar

  • Lignin ist ein hochmolekularer, aromatischer Stoff aus verschiedenen monomeren Bausteinen, der sich in die Zellwand von Pflanzen einlagern kann und dadurch zur Verholzung führt.
  • Poly-3-hydroxybuttersäure (PHB) ist der bekannteste Vertreter der Polyhydroxyalkanoate. PHB wird biotechnologisch hergestellt und ist biologisch abbaubar.
  • Cellulose ist ein wasserunlösliches Polysaccharid, das den Hauptbestandteil der pflanzlichen Zellwand bildet. Die Grundeinheit der Cellulose ist die Glucose.
  • Ein Polymer ist eine aus gleichartigen Einheiten aufgebaute kettenartige oder verzweigte chemische Verbindung. Die meisten Kunststoffe sind Polymere auf Kohlenstoffbasis.
  • Als Biomasse wird die gesamte Masse an organischem Material in einem definierten Ökosystem bezeichnet, das biochemisch – durch Wachstum und Stoffwechsel von Tieren, Pflanzen oder Mikroorganismen – synthetisiert wurde. Damit umfasst sie die Masse aller Lebewesen, der abgestorbenen Organismen und die organischen Stoffwechselprodukte.

Glossar

  • Die Computertomographie (CT) ist ein bildgebendes Verfahren zur Darstellung von Strukturen im Körperinneren. Dabei werden Röntgenaufnahmen aus verschiedenen Richtungen gemacht und anschließend rechnerbasiert ausgewertet, um ein dreidimensionales Bild zu erhalten.
  • Plastizität ist die Eigenschaft von Organismen, ihre Merkmalsausprägungen unter Einfluss von Umweltfaktoren zu verändern. Unter neuronaler Plastizität versteht man die Eigenschaft von Nervenzellen, sich in Abhängigkeit von ihrer Aktivität in ihren Antworteigenschaften zu verändern. Meist wird dabei die Stärke der synaptischen Übertragung beeinflusst (synaptische Plastizität). Die neuronale bzw. synaptische Plastizität wird als grundlegender Mechanismus für Lernvorgänge und Bildung von Erinnerungen angesehen.
  • Lignin ist ein hochmolekularer, aromatischer Stoff aus verschiedenen monomeren Bausteinen, der sich in die Zellwand von Pflanzen einlagern kann und dadurch zur Verholzung führt.
  • Poly-3-hydroxybuttersäure (PHB) ist der bekannteste Vertreter der Polyhydroxyalkanoate. PHB wird biotechnologisch hergestellt und ist biologisch abbaubar.
  • Polylactide (auch Polymilchsäuren, PLA) sind Polymere aus Milchsäure. Sie werden zum einen in der Verpackungsindustrie eingesetzt und sind zum anderen interessant für medizinische Anwendungen, da es sich sich um einen biologisch abbaubaren Kunststoff handelt.
  • Cellulose ist ein wasserunlösliches Polysaccharid, das den Hauptbestandteil der pflanzlichen Zellwand bildet. Die Grundeinheit der Cellulose ist die Glucose.
  • Ein Polymer ist eine aus gleichartigen Einheiten aufgebaute kettenartige oder verzweigte chemische Verbindung. Die meisten Kunststoffe sind Polymere auf Kohlenstoffbasis.
  • Absorption steht in der Biologie für Aufnahme (im pharmakologischen Zusammenhang ist die Aufnahme eines Wirkstoffes gemeint; im physikalischen Zusammenhang ist die Aufnahme von Licht gemeint)
  • Als Biomasse wird die gesamte Masse an organischem Material in einem definierten Ökosystem bezeichnet, das biochemisch – durch Wachstum und Stoffwechsel von Tieren, Pflanzen oder Mikroorganismen – synthetisiert wurde. Damit umfasst sie die Masse aller Lebewesen, der abgestorbenen Organismen und die organischen Stoffwechselprodukte.
Seiten-Adresse: https://www.biooekonomie-bw.de/de/fachbeitrag/aktuell/fraunhofer-ict-mit-biomasse-technische-werkstoffe-entwickeln/