Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Forschung: Ausgabe 01/2020, 17.01.2020

Auf dem Weg zum nachhaltigen Kunststoff

Die «K» gilt als grösste Kunststoffmesse der Welt; eine ideale Plattform also, um Themen wie Nachhaltigkeit, Ressourceneffizienz und -schonung zu diskutieren. Die deutsche Fraunhofer-Gesellschaft als wichtige europäische Forschungseinrichtung nutzte ihren Auftritt, um dazu neuste Forschungsergebnisse zu präsentieren. Ein Überblick.

Ressourcenschonung, Nachhaltigkeit, Effizienz – Themen, die sich zu Recht durch die gesellschaftliche Debatte ziehen und gerade im Zusammenhang mit Kunststoffen zunehmend an Relevanz gewinnen. Dabei sind Kunststoffe aus unserem Alltag längst nicht mehr wegzudenken und von zentraler Bedeutung für die Materialien, die Produktion und die Industrie der Zukunft.

Nicht umsonst präsentierten unter dem Motto «Plastics for Future» die Institute der Fraunhofer-Gesellschaft auf der Branchenmesse «K» (16. bis 23. Oktober, DE-Düsseldorf) ihre neusten Entwicklungen, mit denen sie die nachhaltige, ressourcenschonende und effiziente Kunststoffverarbeitung technologisch vorantreiben möchten. Dabei spielen neben neuen Eigenschaften der Kunststoffe auch Fragen ihrer Herstellung, Wieder- und Weiterverwendung sowie die Optimierung von Prozessen eine zentrale Rolle. Die generelle Anforderung an eine zeitgemässe Produktion lautet, den Ressourcenverbrauch bei hoher Funktionalität zu senken. Das steigert nicht nur die Profitabilität beim Einsatz – es ist ein entscheidender Ansatz zur Nachhaltigkeit und damit Akzeptanz industrieller Produktion überhaupt.

Hochbelastbare Leichtbaustrukturen für die Grossserienfertigung
Diesen Weg verfolgt etwa das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen (IMWS) mit der Entwicklung von Leichtbaustrukturen aus Organosandwichhalbzeugen, bestehend aus einem kontinuierlich hergestellten thermoplastischen Wabenkern und Deckschichten aus endlosfaserverstärkten UD-Tape-Laminaten. Damit lassen sich hochbelastbare Leichtbaustrukturen in Sandwichbauweise erstmals auch in der Grossserie effizient und kostengünstig umsetzen, sind die Forscher überzeugt. Das Institut zeigte diese serientaugliche Fertigung am Beispiel einer 3D-Schale, die im  Minutentakt realisiert wurde.

Um Leichtbau geht es auch beim Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP). Mit einem neuartigen Ofen, der Temperaturen von bis zu 2850 °C erzeugt, haben dessen Experten biobasierte Carbonfasern aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt, deren Eigenschaften die von herkömmlichen Carbonfasern sogar zum Teil übertreffen sollen. Darüber hinaus konnten die Forschenden mit dem neuen Verfahren die Herstellungskosten deutlich senken.

Eine weitere Möglichkeit nachhaltiger zu produzieren hat das Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI), mit der Entwicklung eines ökologischen und zukunftsorientierten Kleinladungsträgers eröffnet. Es ist gelungen, den Polypropylenanteil bei der Herstellung von Transport- und Lagerbehältern, wie sie in der Industrie sowie im Gross- und Einzelhandel jeden Tag millionenfach im Einsatz sind, um bis zu 25 Prozent durch Holzfasern zu ersetzen. Damit werden die Behälter nachhaltiger, leichter und stabiler bei gleichbleibenden Produktionskosten.

Einen Beitrag zur Kreislaufwirtschaft sollen auch die neuen selbstverstärkten Polyactid (PLA)-Verbundwerkstoffe des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie (ICT) liefern. Der Verbundwerkstoff ist laut den Experten mechanisch hochfest und steif bei hoher Temperaturfestigkeit und wie das reine PLA vollständig biobasiert, recycelbar, umformbar und industriell biologisch abbaubar. Dabei liegt der Energiebedarf und damit auch das CO2-Äquivalent der PLA-Produktion bei rund der Hälfte im Vergleich zur Herstellung von herkömmlichen Kohlefaserverbundwerkstoffen etwa aus Polypropylen. Zusätzlich konnten die Herstellungskosten deutlich gesenkt werden.

Kunststoff lässt sich wie kaum ein anderer Werkstoff nach der Nutzung wiederverwerten. Die Möglichkeiten dazu sind vielfältig und reichen vom Recycling des Werk- oder Rohstoffs bis zum Upcycling. In diesem Zusammenhang steht die Industrie vor einer grossen Herausforderung, wenn es um Kunststoffabfälle wie etwa Verpackungsfolien geht. Eine Lösung dafür erforscht das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF). Im Forschungsprojekt «UpcyclePET» entwickelt das Institut zusammen mit der Easicomp GmbH hochwertige Werkstoffe aus kurzlebigen Kunststoffabfällen, die in langlebigen technischen Anwendungen wie in automobilen Leichtbauteilen neue Verwendung finden können. Grundlage für den neuen Werkstoff sind gebrauchte Getränkeflaschen aus PET (Polyethylenterephthalat)   (pi)

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Nachhaltigkeit: Mit Hilfe von Organosandwichhalbzeugen lassen sich hochbelastbare Leichtbaustrukturen in Sandwichbauweise erstmals auch in der Grossserie effizient und kostengünstig umsetzen. (Bilder: Frauhofer)


Im Forschungsprojekt «UpcyclePET» werden hochwertige Werkstoffe aus kurzlebigen Kunststoffabfällen (PET-Flaschen) gewonnen.


Ein neuartiger Ofen ermöglicht es, biobasierte Carbonfasern herzustellen, deren Eigenschaften teilweise die von herkömmlichen, erdölbasierten Carbonfasern übertreffen.