BioFun Modifizierung von Biopolymeren für die breite Anwendung in aktiven und passiven Funktionsstrukturen - Applikationsentwicklung auf Basis verfügbarer Biopolymere

1.   Thema und Gesamtziel des Projekts

Ziel des im Folgenden beschriebenen Forschungsvorhabens BioFun „Modifizierung von Biopolymeren für die breite Anwendung in aktiven und passiven Funktionsstrukturen – Applikationsentwicklung auf Basis verfügbarer Biopolymere“ ist die Entwicklung innovativer und ökoeffizienter Produkte für Funktionselemente vor allem in der Elektronik und im Automobilbereich. Dazu werden potenziell verfügbare Biopolymere durch gezielte Anpassung an Markt gegebene Anforderungen für technische Kunststoffe in verschiedenen Anwendungsbereichen nutzbar gemacht. Durch Eröffnen von hochwertigen Einsatzfeldern für Biopolymere im Bereich technischer Kunststoffe wird die Verfahrensentwicklung für deren wirtschaftliche Herstellung sinnvoll motiviert. Damit wird ein Beitrag zur nachhaltigen Entwicklung im Hinblick auf

Ø       Kosten bezüglich Grundmaterial und Veredelung,

Ø       Unabhängigkeit vom Erdöl,

Ø       Effiziente Nutzung regionaler Ressourcen

Ø       Verringerung der Umweltbelastung entlang der Prozesskette und

Ø       Schaffung von Arbeitsplätzen zur Standortsicherung besonders auch in ländlichen Gebieten

geleistet werden.

Hierbei muss der Ausgleich zwischen zwei Betrachtungsweisen erfolgen: Auf der einen Seite können sich nur wirtschaftlich herstellbare und monetär zu erdölbasierten technischen Polymeren konkurrenzfähige Biopolymere auf dem Markt der technischen Kunststoffe durchsetzen. Auf der anderen Seite werden sich nur Biopolymere mit mindestens vergleichbaren oder besseren technischen Eigenschaften in anspruchsvollen, hochwertigen und innovativen Anwendungen gegenüber den erölbasierten Werkstoffen behaupten. Zur Substitution erdölbasierter technischer Polymere kommen somit nur gleichzeitig wirtschaftlich konkurrenzfähige und technisch gleich- oder höherwertige Biopolymere in Betracht. Als nachwachsende Materialien werden in dem geplanten Vorhaben BioFun neben dem bereits applizierten Lignin die Biopolymere Polyhydroxybuttersäure (PHB) und Chitosan untersucht.

Abbildung 1: Wechselbeziehung zwischen den beiden Forschungsvorhaben BioFun und BioPro

Diesem Gesamtziel folgend, ist der Gegenstand des Vorhabens BioFun die Modifizierung und Qualifizierung der Biopolymere mit dem Ziel, den Anforderungsprofilen in den verschiedenen Anwendungsbereichen gerecht zu werden. Das Projekt BioPro stellt parallel dazu die wirtschaftliche Herstellbarkeit von Polyhydroxyalkanoaten auf der Basis von in Deutschland nachwachsenden Rohstoffen sicher (siehe Abbildung 1).

Neben der zielgerichteten Beeinflussung struktureller Parameter der Biopolymer-Verbundwerkstoffe aus den genannten Bestandteilen, angepasst an den jeweiligen technischen Einsatz (z.B. Klima-, Feuchte- und Lichtbeständigkeit, Dielektrizitätskonstante, mechanisch-thermisches Verhalten, Metallisierbarkeit) steht die Wahrung der technologischen Kompatibilität mit den gängigen Verfahren im Mittelpunkt.

Polymerformkörper mit diversen Eigenschaftsprofilen finden heutzutage in unterschiedlichsten Branchen von Industrie und Landwirtschaft Anwendung und werden in riesigen Mengen (Weltbedarf 2004 von knapp 50’ Mio. t/a mit einer Wachstumsrate von 6% /a, davon größte Produktionsmenge PP mit ca. 11’52 Mio. t/a nach CHEManager 24/2004 S.3) aus fossilen Quellen produziert. Die Substituierbarkeit durch nachhaltige Produkte aus nachwachsenden Rohstoffen ist dabei im Wesentlichen eine Frage des Eigenschaftsprofils und vor allem der Kosten. Die für dieses Projekt ausgewählten Ausgangsstoffe werden in unterschiedlichen Kompositionen ein breites Eigenschaftsspektrum abdecken können und kommen somit für unterschiedlichste Anwendungen in Frage. Um die erforderlichen Ausgangsstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen kosteneffizient herstellen zu können, werden im Forschungsvorhaben BioPro geeignete Verfahren entwickelt und untersucht. Die Projektpartner haben sich hier das Ziel gesetzt, Herstellungskosten vergleichbar zu konventionellem Polypropylen zu erreichen .

Aufgrund gegenwärtiger Trends im Konsumbereich wird erwartet, dass bei vergleichbaren Kosten ein großer Bedarf am Markt vorhanden ist. Die Chancen zum Erreichen des Projektziels werden mit gut eingeschätzt.

Im Automobil sollen neue Anwendungsfelder unter Einbindung von mechatronischen Komponenten aufzeigt werden, die dann neben die schon eingesetzten Verstärkungs- und Fasermaterialien aus nachwachsenden Rohstoffen treten können. Im Fokus der Entwicklungen steht auch weiterhin die Ausnutzung besonderer Eigenschaften nachwachsender Rohstoffe wie beispielsweise die ausgezeichneten akustischen Eigenschaften von hanfverstärktem Lignin (siehe DBU – Projekt „Umsetzung eines thermoplastischen Werkstoffs aus nachwachsenden Rohstoffen in ein hochwertiges industrielles Produkt“, Aktenzeichen 15676), die bei geeigneter Anpassung der Material­eigenschaften auch für multifunktionale Komponenten (Fahrzeuginnenraum, Telefonie) durch höhere Wertschöpfung deutliche Wettbewerbsvorteile schaffen können.

Erste Erfahrungen sollen mit dem Aufbau von Demonstratoren gesammelt werden. Davon ausgehend kann die Übertragbarkeit der Ergebnisse für einen breiten Anwendungsbereich abgeleitet werden.

An der Projektbearbeitung sind alle Bereiche der Wertschöpfungskette (Hersteller der Biopolymere – Compoundeur – Formteilhersteller – Elektronik- bzw. Automobilhersteller – Entsorger) vertreten. Grundlagen- und Industrieforschung sind in einem ausgewogenen Verhältnis vertreten. Die angestrebten Ergebnisse des Vorhabens können zu völlig neuen Verbundwerkstoffen für technische Applikationen führen, die eine breite industrielle Verwertung der Ergebnisse sowohl im Bereich der Chemieindustrie als auch in der Elektronik- und Automobilbranche erwarten lassen und ein hohes marktrelevantes Potential haben.