Neue biobasierte und bioabbaubare Materialien

Kunststoffe sind aus unserer Welt nicht mehr wegzudenken. Gleichwohl müssen Produkte aus Kunststoffen nachhaltig gestaltet werden. Ein Weg zu umweltverträglicheren Produkten ist der Einsatz von neuen biobasierten oder bioabbaubaren Materialien. Welche Potenziale neue Werkstoffe für Kunststoff herstellende und verarbeitende Unternehmen haben, erforscht das Fraunhofer IFAM. Bei Bedarf arbeiten die Forscherinnen und Forscher unterschiedliche Handlungsoptionen heraus und bewerten diese aus materialwissenschaftlichen, fertigungstechnischen, wirtschaftlichen, aber vor allem auch ökologischen Gesichtspunkten. 

Kreislaufwirtschaft: Das neue Paradigma für die Materialentwicklung

Kunststoffhersteller, Halbzeughersteller oder Hersteller von Produkten aus Kunststoffen suchen zunehmend nach Wegen, ihre Produkte nachhaltiger zu gestalten. Wenn man dabei im Sinne einer Kreislaufwirtschaft den gesamten Produktlebenszyklus inklusive »Herstellung«, »Nutzung« und »Entsorgung« betrachtet, sind biobasierte oder bioabbaubare Materialien eine attraktive Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen. Wenn sie zudem aus nachwachsenden Rohstoffen gefertigt werden, wird die Beanspruchung der Umwelt weiter reduziert.

Das Potenzial für Markt und Umwelt

Für Kunststoffproduzenten und -verarbeiter ist eine umfassende Marktanalyse für bestimmte Werkstoffklassen unabdingbar, bevor sie in die tatsächliche Materialentwicklung gehen. Welche neuen Materialien sind bereits verfügbar? Wer sind die Anbieter, wer die Abnehmer? Welche Rohstoffe sind kommerziell verfügbar? Welche Materialtrends zeichnen sich ab?

Im Rahmen der Auftragsforschung hilft das Fraunhofer IFAM Kunststoffproduzenten und -verarbeitern sowie Produktherstellern dabei, Märkte für neue Materialien zu analysieren und belastbare Optionen für die Materialentwicklung zu beschreiben. Sie erstellen dafür klassische Marktanalysen, indem sie Marktdaten und Trendberichte recherchieren und einordnen.

Potenzialanalyse für die Bauteilsubstitution: Welche neuen Werkstoffe sind sinnvoll?

Das Marktwissen muss dann um Materialwissen über die Einsetzbarkeit, Verarbeitbarkeit und Profitabilität bestimmter Werkstoffgruppen ergänzt werden und schließlich gegenüber umweltschonenden Potenzialen ausgewertet werden.

Auf Basis von vorgegebenen Materialanforderungen wertet das Fraunhofer IFAM unterschiedliche biobasierte Alternativen aus unterschiedlichen Polymerklassen (ungesättigte Polyester, Epoxide, Benzoxazine, PLA, etc.) sowie Verstärkungsmaterialien (Naturfasern, Balsaholz, Kork, etc.) aus, die besonders vielversprechend sind. Neben den gewünschten Materialeigenschaften für die anvisierte Anwendung werden energieeffiziente und auf die Werkstoffe angepasste Verfahren zur Herstellung von nachhaltigen Verbundwerkstoffen konzeptionell und experimentell betrachtet. Dabei kommen computergestützte Materialsimulationen und Datenbankauswertungen zum Einsatz.

Schließlich werden im Sinne einer Ökobilanzierung umweltschonende Aspekte dargestellt, wie:

• Ressourcenschonung
• CO2-Einsparpotenzial
• Kreislauffähigkeit
• biologgische Abbaubarkeit

Die Forscherinnen und Forscher setzen ihre Expertise für nachhaltige Produkte ein und unterstützen Unternehmen auf ihrer Suche nach neuen, umweltschonenden Materialien. Dabei verfügt das Institut über ein großes, internationales Netzwerk von Partnern und Kontakten aus Wissenschaft und Industrie und ist somit selbst tief im Markt verwurzelt.

Polymere Werkstoffe bilden eine Kernkompetenz des Fraunhofer IFAM. Dr. Katharina Koschek leitet am Institut die Abteilung »Polymere Werkstoffe und Bauweisen«. Mit ihrem Team bewertet, entwickelt und prüft sie polymere Kunststoffe für den Leichtbau in unterschiedlichen Anwendungen. Die Branchen, für die das Team Auftragsforschung durchführt, reichen von der Automobil- und Luftfahrtindustrie über den Schiff- und Schienenfahrzeugbau bis hin zur Anlagenbau und Energietechnik.