Natürliche Extrakte für verbesserte Eigenschaften bei industriellen Biokunststoffen
In der entwickelten Welt fallen gewaltige Mengen an landwirtschaftlichen Abfällen an. Diese organischen Werkstoffe können nun weiterverwendet werden, um Kunststoffe auf biologischer Basis herzustellen. Solche biobasierten Kunststoffe sind dann in einer Vielzahl industrieller Anwendungen einsetzbar. Nachdem sie mithilfe von umweltfreundlichen Zusatzstoffen behandelt und verstärkt wurden, können sie die Anforderungen der Herstellerinnen und Hersteller erfüllen, die zurzeit noch Plastik aus fossilen Brennstoffen wie Erdöl verwenden. Das EU-finanzierte Projekt BARBARA widmete sich dieser Aufgabe und schuf acht neue Werkstoffe durch die wertschöpfende Umwandlung gewisser Abfallprodukte und Rückstande aus der Agrar- und Nahrungsmittelindustrie in neuartige Polysaccharide und funktionale Additive. „Die BARBARA-Technologie führt zu besseren mechanischen, thermischen, ästhetischen und gesundheitsschonenden Eigenschaften neuartiger biobasierter Polymere für technische Anwendungen“, so die Projektkoordinatorin Berta Gonzalvo Bas. Die Konsortiumsmitglieder erhielten Fördermittel vom Gemeinsamen Unternehmen für biobasierte Industriezweige, einer öffentlich-privaten Partnerschaft zwischen der EU und der Industrie. Die Partnerschaft im Rahmen des Programms Horizont Europa zielt darauf ab, die Entwicklung einer biologischen Kreislaufwirtschaft in Europa zu beschleunigen, in der die Bausteine von Chemikalien, Biokraftstoffen und Werkstoffen aus biologischen Rohstoffen gewonnen werden und die gleichzeitig zu Klimazielen beiträgt.
Der süße Duft des Erfolgs
Die Forschungsgruppe entwickelte und erprobte neue Verfahren zur Extraktion und Funktionalisierung von Verbindungen mit hoher Wertschöpfung aus landwirtschaftlichen Abfällen wie Obst- und Nussschalen. Durch ein mikrowellengestütztes Extraktionsverfahren und andere fortgeschrittene Prozesse wie die Verwendung überkritischen Wassers konnten so natürliche Farbstoffe, Biobeizmittel, antimikrobielle Mittel und ätherische Öle gewonnen werden. Nachdem alle organischen Komponenten extrahiert wurden, wurden die Filamentspulen für den Aufbau der Prototypen mittels additiver Fertigung (3D-Druck) präpariert. Die entwickelten Werkstoffe enthielten Polysaccharide (aus Mais), Granatapfel- und Zitronenpigmente, biologische Granatapfelbeize, Zitronenduftstoff und Mandelschalen, die den Materialien verschiedene Farben, Düfte und Texturen mit antimikrobiellen Eigenschaften verliehen, während sie sich gleichzeitig als widerstandsfähig gegenüber thermischen und mechanischen Belastungen erwiesen. „Bei additiven Fertigungsverfahren kommt für den 3D-Druck eine Endlosfaser zum Einsatz, die unter Wärmezufuhr weich wird, und erhärtet, wenn sie abkühlt. So konnten neuartige Biokunststoffteile mit fortschrittlichen Eigenschaften für den Bau- und Automobilsektor hergestellt werden“, erklärt Gonzalvo Bas.
Zahlreiche industrielle Anwendungsbereiche
Die Projektpartner verwendeten die neuen Werkstoffe, um unter Beteiligung des italienischen Autoherstellers FIAT mit einem 3D-Drucker Türverkleidungen und Armaturenbretter für Autos herzustellen. Außerdem fertigten sie für das spanische Unternehmen ACCIONA Infrastructures Gießformen zur Herstellung von Balkenträgern für Gebäude an. Gonzalvo Bas erklärt weiter: „BARBARA leistet auch einen direkten Beitrag zu vier wichtigen Grundlagentechnologien: zur Biotechnologie, Nanotechnologie, sowie zu den fortgeschrittenen Werkstoff- und Fertigungstechnologien, die das Fundament vieler verschiedener Branchen bilden.“ Die BARBARA-Technologie wird die Wettbewerbsfähigkeit europäischer Unternehmen in unterschiedlichen Sektoren erheblich steigern und unbestreitbare Verbesserungen der Qualität ihrer Produkte ermöglichen. Firmen, die landwirtschaftliche oder chemische Erzeugnisse oder Biopolymere herstellen, verarbeitende Unternehmen, der Automobil- und Bausektor sowie viele andere werden aus dieser Technologie Kapital schlagen können. „Weitere wichtige Wirtschaftszweige Europas wie die Luft- und Raumfahrt, die Elektronik und die Branche für Haushaltsgeräte können Biopolymere verwenden, um neue Biokunststoffe mit hervorragenden strukturellen und funktionellen Eigenschaften herzustellen und gleichzeitig nachhaltiger zu werden“, schließt Gonzalvo Bas.
Schlüsselbegriffe
BARBARA, Biokunststoff, Biopolymer, landwirtschaftlicher Abfall, 3D-Druck, additive Fertigung, Schmelzschichtung