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Biowerkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen-Fasern

Biowerkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen-Fasern

25.06.2015

Im Trend: Biowerkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen

Werkstoffe mit Naturfaserverstärkung interessieren die Werkstoffwissenschaftler und Produktdesigner. Konkrete Anwendungen und Entwicklungen so wie der Marktanteil im Bereich Composites signalisieren einen Wachtstumsmarkt.

Den Biowerkstoffen werden aktuellen Studien zufolge hohe zweistellige jährliche Wachstumsraten zugesprochen. Sie können fossile Rohstoffe substituieren und damit zu einer Schonung dieser Rohstoffe beitragen. Somit steht den endlichen fossilen Rohstoffen eine Alternative gegenüber.

Biowerkstoffe können grundsätzlich in zwei Gruppen unterteilt werden. Zum einen Biokunststoffe (BK) sowie zum anderen Naturfaserverstärkte Kunststoffe (NFK)/Wood Plastics Composites (WPC). Die BK sind Kunststoffe, die auf nachwachsenden Rohstoffen basieren und/oder auch bioabbaubar sind. Bei den NFK und WPC bildet ein fossiler Kunststoff die Matrix, in welche Naturfasern zur Verstärkung oder Holzmehl als Füllstoff eingearbeitet werden.

Michael Carus, Geschäftsführer des mit dem Thema vertrauten Nova-Institutes aus Hürth, sieht bei den naturfaserverstärkten Kunststoffen schon jetzt eine positive Entwicklung: „Im Jahr 2012 stellten etwa 100 Unternehmen in der EU über 350.000 Tonnen Kunststoffe mit Holz- und Naturfaserverstärkung her. Der Anteil aller WPC und NFC zusammen hat bereits 15 Prozent des gesamten Composite-Markts erreicht.“

Neben den technischen und ökonomischen Aspekten liegt der Hauptgrund für den Einsatz von Biowerkstoffen auf den potenziellen ökologischen Vorteilen gegenüber konventionellen Werkstoffen. Mögliche ökologische Vor- oder Nachteile müssen jedoch produktspezifisch ermittelt werden. Eine erste qualitative Aussage über ökologische Vor- oder Nachteile lässt sich auf Werkstoffebene wie folgt ziehen: Biowerkstoffe zeigen bei CO2-Emissionen oder fossilem Ressourcenverbrauch Vorteile gegenüber konventionellen Kunststoffen durch Aufnahme von CO2 in der Wachstumsphase der Pflanze. Nachteile gibt es aber in Bereichen wie beispielsweise Eutrophierung oder Versauerung.

Grund hierfür ist, dass die nachwachsenden Rohstoffe im Vergleich zu fossilen Rohstoffen angebaut werden müssen. Das Vorgehen zur ökologischen Bewertung von Produkten wird derzeit in den DIN Normen 14040 und 14044 geregelt. Jedoch lassen diese viele methodische Freiheiten. Zusätzlich gibt es in dem Bereich der biobasierten Rohstoffe zudem noch Forschungsbedarf in der Methodikentwicklung. Daher sei die Branche auf der Suche nach einer einheitlichen Sprache, so Professor Hans-Josef Endres vom Institut für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe der Hochschule Hannover (IfBB).

Sebastian Spierling, wissenschaftlicher Mitarbeiter an diesem Institut, beschäftigt sich mit der Ökobilanzthematik und meint: „Schon vor einiger Zeit hat sich die konventionelle Kunststoffindustrie zusammengefunden und einheitliche Ökobilanzdaten erarbeitet, die sie über ihren Verband Plastics Europe kommuniziert. Ähnliche Bestrebungen kann man derzeit auch bei der Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe (AVK) beobachten. Bei den Biokunststoffen ist dies noch nicht erfolgt und es fehlt ein einheitliches Vorgehen.“

Hierzu meint Institutsleiter Endres: „Das IfBB wird deshalb ein Pilotvorhaben – eine sogenannte Multi-Client-Studie für Biokunststoffe – mit interessierten großen Playern im Bereich der Biokunststoffherstellung und aus der Industrie starten. Dabei wollen wir exemplarisch belastbare Daten für vier bis fünf Werkstoffe entwickeln. Denn bei dieser emotionalen Diskussion überzeugen nur verlässliche und glaubhafte Daten.“

 Naturfaserverstärkte Kunststoffe

Gerade im Bereich Naturfaserverstärkte Kunststoffe besteht eine gestiegene Nachfrage am Markt (Bilder: FNR/Dörthe Hagenguth).

Ein Fokus in der Entwicklung liegt derzeit auf der Verbindung von Naturfasern und Biokunststoffen. Eine Möglichkeit wäre hier eine naturfaserverstärkte Polymilchsäure (PLA). Hierzu meint Michael Carus, Geschäftsführer des nova-Instituts aus Hürth, dass diese naturfaserverstärkten Biokunststoffe zu den Werkstoffen mit den besten Ökobilanzen gehören.

Auch in der Industrie ist man schon auf die Biowerkstoffe aufmerk­sam geworden. Werner Klusmeier ist Manager bei der Johnson Controls Interiors Management GmbH in Neuss. Zu Bio­werk­stoffen befragt, meint der Manager: „Das Interesse an Biokunststoffen ist in der Automobilindustrie gerade auch wegen der Ökobilanz vorhanden. Jedoch sind insbesondere dadurch eventuell bedingte Gewichtszunahmen und höhere Preise kritische Faktoren. Vor etwa fünf Jahren gab es auch bei unserem Unternehmen hierzu Diplomarbeiten mit interessanten Ergebnissen, jedoch konnten sich diese Werkstoffe im Autoinnenbereich bisher nicht durchsetzen.“

Anders die Situation bei Mattenfaserverfahren. Hierzu werden zum Beispiel Naturfasern wie Hanf, Kenaf oder Polypropylen-Matten zunächst erwärmt und dann in die gewünschte Form gepresst. Durch dieses Vorgehen können die Faser­anteile auf Werte bis zu 50 % wachsen. Alternativ gibt es Verfahren mit Acrylharzen, bei denen Faseranteile von bis zu 70 % erreicht werden. Ein Einsatz dieser Biowerkstoffe erfolgt schon in der Serie.

von Dr. Thomas Isenburg

Autor: Annika Ostermeier

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