Netzwerktreffen Biopolymere – die Nachfrage steigt

Am 8. Juni trafen sich im Literaturhaus in Stuttgart Mitglieder des Clusters Biopolymere/Biowerkstoffe zum Netzwerktreffen. Im Mittelpunkt standen Kunststoffe auf Basis von Polymilchsäure (PLA) und der Einsatz von biobasierten Werkstoffen im Automobil. Das Netzwerktreffen bot drei praxisnahe Vorträge, eine Podiumsdiskussion und viel Zeit für Meinungsaustausch und Fachgespräche.

Gute Nachrichten überbringt man gerne. Dr. Ralf Kindervater, Geschäftsführer der BIOPRO Baden-Württemberg GmbH, hatte gute Nachrichten für die Teilnehmer des Netzwerktreffens: Die soeben abgeschlossene Evaluierung des Clusters Biopolymere/Biowerkstoffe durch eine Fachjury verlief positiv. „Es gab eine sehr hohe Anerkennung für die Interaktion mit der Industrie und die breite Abdeckung der Wertschöpfungskette.

Dr. Ralf Kindervater berichtete über die Evaluierung: "Es gab eine sehr hohe Anerkennung." (© BIOPRO/Bächtle)

Das waren Schwerpunkte des Konzepts und wir haben das konsequent umgesetzt. Sehr positiv wurde die Anwendungsnähe der systembiologischen Werkzeuge bei der Erzeugung von Hochleistungsproduktionsstämmen aufgenommen“, sagte Kindervater. Doch er hielt sich nicht lange auf mit dem Blick in die erfolgreiche Vergangenheit, sondern lenkte die Aufmerksamkeit der Clustermitglieder bereits auf neue Projekte und Aufgaben: Weitere Organismen sollen auf ihr Potenzial als Roh- und Wertstofflieferanten hin analysiert werden. Des Weiteren will der Cluster bekannte Produktionsstämme mit systembiologischen Methoden weiter verbessern und auch das Thema Pflanzenöle intensiver bearbeiten.

Bio-Konzeptauto 2011

Ein Projekt mit großer Außenwirkung könnte das Vorhaben „Automotive Bioplastics Design Challenge“ (abdc) werden. Im Sommer 2011 findet in Stuttgart der Automobilsommer statt. Dort soll ein Konzeptfahrzeug vorgestellt werden, bei dem in erster Linie Materialien zum Einsatz kommen sollen, die auf nachwachsenden Rohstoffen basieren. Das Projekt soll zeigen, welche Rolle nachwachsende Rohstoffe im Auto künftig spielen können. Die Automobilindustrie ist aus verschiedenen Gründen ein gefragter Partner der Biokunststoffbranche. Die technischen Hürden sind zwar hoch, aber ebenso die Chancen für innovative Werkstoffe. Insbesondere bei Gewichtsersparnis und Nachhaltigkeit werden Autobauer und Zulieferer hellhörig – und genau bei diesen Faktoren können biobasierte Kunststoffe punkten.

Soja, Palmöl, Milchsäure

Dr. Michael Thielen: "Neue PLA-Formen wie scPLA erweitern das Anwendungsspektrum enorm." (© BIOPRO/Bächtle)

„Schon um 1910 setzte Ford Kunststoffe auf Basis von Soja ein für ein Spulengehäuse im legendären T-Modell. Für die Heckklappe nutzte Ford Hanffasern als Verstärkung“, erklärte Dr. Michael Thielen, Herausgeber des Bioplastics Magazine, in seinem Vortrag „Bioplastics in Automobilanwendungen“. Heute untersucht das Unternehmen, wie Soja als Grundstoff für Polyole genutzt werden kann. Diese mehrfachen Alkohole sind eine Komponente von Polyurethan, das für Sitze, Kopfstützen und Armlehnen eingesetzt wird.

Auch andere Naturstoffe eignen sich als Basisstoffe für Polyole. Beispielsweise Rizinus-, Raps- oder Palmöl. Lange Zeit waren biobasierte Polyurethane von unangenehmen Geruchsemissionen begleitet. Dieses Problem ist nach Thielens Aussage inzwischen gelöst. Auch auf andere biobasierte Kunststoffe wie Poly-Butylen-Succinat (PBS) und verschiedene Polyamide wie Polyamid 11 (Rilsan von Arkema), Polyamid 6 und 6.6 oder Polyamid 12 ging Thielen ausführlich ein. Komponenten aus biobasierten Polyamiden sind leichter als ihre Pendants aus klassischen Polyamiden und vermitteln laut Thielen eine höhere Wertigkeit. Des Weiteren sind Bio-Polyamide bei vielen wichtigen Werkstoffeigenschaften den rein petrochemischen Varianten ebenbürtig.

Polylactid (PLA) ein Polymer, das auf Milchsäure basiert, hat ebenfalls das Interesse der Automobilindustrie geweckt. Abdeckplatten, Dachhimmel, Teppiche sind Fahrzeugkomponenten, bei denen der Autohersteller Toyota PLA einsetzen lässt. Bis zum Jahr 2015 will der Zulieferer Toray seine Lieferkapazitäten für PLA-basierte Materialien von derzeit jährlich rund 200 Tonnen auf 5.000 Tonnen ausbauen.

Stabil in der Hitze

Thielen zeigte anhand vieler Beispiele, wie die Kunststoffentwickler der großen Schwäche von PLA, nämlich der geringen Temperaturstabilität, inzwischen begegnen: PLA wird entweder mit Naturfasern vermengt, mit petrochemischen Additiven vermischt oder als Faser über die Morphologie stabilisiert. Ein weiterer Weg ist die Kombination der Stereo-Isomere D-Lactid und L-Lactid zu sogenannten Stereokomplex-PLA-Molekülen (scPLA). Als scPLA-Blend tolerieren sie sogar Temperaturen bis 230 Grad Celcius. Mazda ließ indes verlauten, man habe in einem Gemeinschaftsprojekt einen hitzebeständigen Kunststoff entwickelt, der zu 88 Prozent aus PLA und zu zwölf Prozent aus petrochemischen Additiven bestehe.

Großkunde Verpackungsmittelindustrie

Ein Mann an einem Rednerpult, vor ihm ein Mikrofon.

Dr. Christian Bonten betonte die Bedeutung des Klimaschutzes. (© BIOPRO/Bächtle)

Dr. Christian Bonten von der FKuR Kunststoff GmbH in Willich ging in seinem Vortrag „Biokunststoffe – Werkstoffe mit Zukunftspotenzial“ insbesondere auf die Themen Nachhaltigkeit und Werkstoffeigenschaften ein. Bonten zitierte eine Studie der Energy Watch Group aus dem Jahr 2008. Sie kommt zu dem Ergebnis, dass „die Weltölproduktion ihren Höhepunkt im Jahr 2006 gehabt hat und die Produktion bis 2030 dramatisch sinken wird“. Eine neue Rohstoffbasis für Kunststoffe, sagte Bonten, sei daher wünschenswert.

Auch die Klimadebatte geht an Kunststoffproduzenten nicht spurlos vorüber. Klimaschutz wird mehr und mehr zur Pflicht, ökologische Glaubwürdigkeit gewinnt an Bedeutung bei Kunden und Verbrauchern. Bonten betonte: „Wenn wir fossile Stoffe verbrennen, bringen wir vergangenes CO2 in die Atmosphäre von heute.“ Mit Folgen für das Klima, wie man inzwischen weiß. Biobasierte Kunststoffe sind hingegen Teil eines geschlossenen CO2-Kreislaufs, sie setzen bei Verbrennung kein zusätzliches CO2 frei. Besonders im Verpackungssektor wächst der Marktanteil von Biokunststoffen. Aber auch in der Automobilindustrie und in der Konsumelektronik steigt das Interesse. Die Produktionskapazität für Kunststoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe hat sich seit 2005 etwa verdreifacht – auf 800.000 Tonnen pro Jahr.

Schlüsselstellen Additive und Compoundierung

Ein Problem von Roh-Biokunststoffen ist, dass sie auf etablierten Maschinensystemen nicht verarbeitet werden können. Sie sind thermisch sensitiv, empfindlich gegenüber Scherkräften und lassen sich im Rohzustand kaum miteinander verknüpfen. Über die geeignete Compoundierungstechnologie und passende Additive lassen sich diese Probleme jedoch lösen. „Compoundierung und Additivierung sind der Schlüssel zum Erfolg der Biokunststoffe“, erklärte Bonten und ergänzte: „Um konkurrenzfähige Biokunststoffe herzustellen, kommt es letztlich darauf an, die perfekte Mischung von Roh-Biokunststoffen, Additiven und Füllstoffen zu finden.“

Der Hauptabsatzmarkt liegt derzeit bei Verpackungen und Hygieneprodukten, also Artikeln mit kurzer Lebensdauer. Bonten erwartet aber eine Veränderung: „Noch höhere Absatzzahlen sind bei langlebigen Anwendungen zu erwarten. Dort ist die natürliche Basis des Werkstoffs ein starkes Verkaufsargument.“

Biobasierte Kunststoffe können herkömmliche Materialien ablösen, aber auch neue, bessere Lösungen liefern. Ein Beispiel: ein Bio-Kunststoffverband für die Medizin als Ersatz für Gips. Das neue Material ist wasserfest, atmungsaktiv und kann unmittelbar nach dem Anlegen noch in der Form angepasst werden. Des Weiteren lässt es medizintechnisch relevante Strahlung durch, hat eine hohe Steifigkeit und kann nach Gebrauch CO2-neutral entsorgt werden.

Einstieg mit Kosmetikstiften

Ein Mann hinter einem Rednerpult, in der rechten Hand hält er Stifte

Dirk Nüssken: "Wir sind noch am Anfang der Etablierung einer beständigen Biopolymerindustrie." (© BIOPRO/Bächtle)

Dirk Nüssken von Gehr in Mannheim berichtete in seinem Vortrag über die Bedeutung von PLA aus der Sicht eines kunststoffverarbeitenden Unternehmens. Erste Anfragen nach Halbzeugen aus biobasierten Kunststoffen erhielt Gehr im Jahr 2005. Kunden aus der Kosmetikindustrie fragten nach Rohrmaterial aus Bio-PLA für Schmink- und Kosmetikstifte. Gehr nahm die Herausforderung an, entwickelte die neue Linie ECOGEHR und stieg ein ins Geschäft mit biobasierten und bioabbaubaren Kunststoffen.

Bei den PLA-Produkten von Gehr liegt der Anteil der nachwachsenden Rohstoffe zwischen 45 und 100 Prozent. Das Material ist vollständig biologisch abbaubar und toleriert Dauergebrauchstemperaturen von 70 Grad Celcius. Gehr fertigt Platten zum Tiefziehen für den Displaybau, Möbel und Gehäuse. Nüssken berichtete von einem großen Interesse an PLA-basierten Werkstoffen seitens des Handels und der Endverbraucher. Bei den Begriffen „biobasiert“ und „bioabbaubar“ besteht laut Nüssken noch Informationsbedarf. Vielen Verbrauchern sei nicht bekannt, dass das „biobasiert“ nicht automatisch auch „bioabbaubar“ bedeute.

Biopolymerindustrie steht erst am Anfang

Nüssken betonte die Bedeutung von Weiterentwicklungen wie scPLA und PLLA und stellte fest: „Wir sind noch am Anfang der Etablierung einer beständigen Biopolymerindustrie. Um ein stetiges Wachstum zu sichern, ist es wichtig, dass die ganze Wertschöpfungskette vom Rohstofflieferanten bis hin zum OEM zusammenarbeitet, um neue Anwendungsbereiche zu erschließen.“

In der abschließenden Podiumsdiskussion mit Dr. Ralf Kindervater, Dr. Michael Thielen und Dr. Christian Bonten wurde deutlich, dass die Interaktion zwischen allen Akteuren in der Wertschöpfungskette entscheidend ist, um biobasierte Werkstoffe weiter zu verbessern und auf den Markt zu bringen. Der Cluster Biopolymere/Biowerkstoffe wird dabei als eine enorm hilfreiche Struktur wahrgenommen, die die Kommunikation verbessert sowie Probleme auf Herstellerseite und Lösungsansätze auf Entwickler- und Forscherseite zusammenbringt.

chb - 22.06.2010