Aerogele der nächsten Generation bieten industrielle Lösungen
Ein wichtiges Ergebnis war die Entwicklung neuer skalierbarer Produktionsprozesse für Aerogelpartikel. Der Bau einer Pilotanlage an der Technischen Universität Hamburg ermöglichte dem Projektteam von NanoHybrids (New generation of nanoporous organic and hybrid aerogels for industrial applications: from the lab to pilot scale production) die Herstellung von Prototypen-Aerogelpartikeln in neuen Größen und hinreichenden Mengen, damit industrielle Partner neue Anwendungsmöglichkeiten erproben können. Es wurden neue Erkenntnisse zu deren Charakteristika gewonnen und die Produktionsprozesse werden bis zum Abschluss des Projekts im April 2019 weiter optimiert. „Aerogele bestehen aus Polymeren mit winzigen nanoskaligen Poren und zählen zu den leichtesten Feststoffen der Welt“, erklärt NanoHybrids-Projektkoordinatorin Prof. Irina Smirnova von der Technischen Universität Hamburg. „Hierdurch eigenen sie sich beispielsweise ideal für die Wärmedämmung. Dünne Aerogelplatten sind gut für die Gebäudeisolierung geeignet und können mit superleichtem Beton verwendet werden.“ Poröse, leichte Aerogele bieten ebenfalls Anwendungsmöglichkeiten in Bereichen wie der Gasadsorption, der Feuchtigkeitsregelung und dem Schutz von Verbrauchsgütern, einschließlich Lebensmitteln. Der Weltmarkt für Aerogele verzeichnet zwischen 2014 und 2020 voraussichtlich ein Wachstum von 33 %, dies bedeutet, dass für europäische Unternehmen neue Möglichkeiten entstehen werden. Herausforderungen in der Produktion Die Aerogelproduktion in einem industriellen Maßstab ist jedoch nach wie vor eingeschränkt und die meisten handelsüblichen Aerogele basieren auf Kieselsäure. Der Hauptnachteil von Kieselsäure ist dessen Fragilität, welche die Anwendungsmöglichkeiten einschränkt. Organische Aerogele – die auf Biopolymeren wie Zellulose basieren – und hybride Aerogele wie zum Beispiel Alginate und Pektine, die zwei oder mehr Komponenten miteinander kombinieren, haben allerdings noch keine signifikante Marktdurchdringung erreicht. „Das Ziel des NanoHybrids-Projekts ist das Schließen dieser Lücke gewesen“, sagt Smirnova. „Um das Spektrum potentieller industrieller Anwendungen zu erschließen, mussten wir die Herstellung organischer Aerogele wirklich auf die nächste Stufe bringen, aus dem Labor in die groß angelegte Produktion. Die Entwicklung organischer Aerogele und deren Übertragung auf den Markt wird ohne ein solche groß angelegte Produktion eingeschränkt bleiben.“ Pionier-Pilotprojekte Der wichtigste Durchbruch des Projekts war die Entwicklung des ersten Produktionssystems im Pilotmaßstab für Aerogele der nächsten Generation. Multifunktionale nanoporöse organische und hybride Aerogele wurden mit den industriellen Partnern BASF, Dräger, Arcelik, RISE Bioeconomy und Nestlé produziert, die jeweils das immense Anwendungspotential sowie den Bedarf für die Maßstabsvergrößerung der Produktion erkannt haben. Die Pilotanlage für die Produktion an der Technischen Universität Hamburg hat – zum ersten Mal – die Produktion von Prototyp-Aerogelen in Lebensmittelqualität mit der gewünschten Größe für großskalige industrielle Tests ermöglicht. „Wir wussten, dass wir die Produktionskapazität steigern mussten, um industrielle Partner mit Aerogelmengen versorgen zu können, die ausreichen, um zukünftige Anwendungsmöglichkeiten zu testen“, sagt Smirnova. Neue Methoden für die Produktion organischer und hybrider Aerogelpartikel wurden ebenfalls entwickelt. Durch die Zusammenarbeit wurden neue Erkenntnisse hinsichtlich der Trocknung – ein wichtiger Prozessschritt – von Aerogelen gewonnen. Nach dem Abschluss des Projekts planen die industriellen Partner auf den Erfolgen aufzubauen und die Entwicklung in Richtung vermarktungsfähiger Produkte weiterzuführen. Es wurde ein Start-up gegründet, das auf den Ergebnissen von NanoHybrids basiert und die Steigerung der Aerogelproduktion zu industriellen Prototypisierungszwecken beabsichtigt. Die akademischen Projektpartner konnten zudem ihr Wissen durch frei zugängliche Begutachtungen und Forschungarbeiten teilen, die hoffentlich zu neuer Forschung am Potential von Aerogelen inspirieren werden. „NanoHybrids hat gezeigt, dass Produktionsmethoden für organische und hybride Aerogele bis auf den industriellen Maßstab nach oben skaliert werden können“, sagt Smirnova. „Die wird letztlich die groß angelegte Kommerzialisierung von organischen Aerogelen, insbesondere von biobasierten Aerogelen, ermöglichen.“
Schlüsselbegriffe
NanoHybrids, Bauwesen, Maschinenbau, Aerogel, organisch, biobasiert, industriell, Isolierstoff
