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Kooperation / EU-Magazin Horizon / 11.04.2023, 16:16

Zitronenschalen und Flachsfasern sind der Schlüssel zu umweltfreundlichen Autoteilen

Natürliche Materialien, einschließlich landwirtschaftlicher Abfälle, können Autos und andere Industriezweige nachhaltiger und weniger giftig machen.

APA/BARBARA GINDL
Industrielle Materialien könnten zukünftig aus Abfallprodukten wie Zitronenschalen gewonnen werden.

Wenn Sie an die Automobilindustrie oder den Bausektor denken, kommen Ihnen sicher kaum Zitronenschalen, Maisstärke oder Mandelschalen in den Sinn. Hersteller könnten jedoch zunehmend auf solche Rohstoffe angewiesen sein: denn Europa versucht, Abfälle zu reduzieren – sowohl aus der Landwirtschaft als auch aus Kunststoffen.

Aus dem BARBARA-Projekt sind neue hochleistungsfähige industrielle Materialien aus landwirtschaftlichen Abfällen hervorgegangen, die den Weg für verstärkte Innovationen in der europäischen Bioökonomie weisen.

In den Kreislauf hinein

Das im Rahmen einer Partnerschaft zwischen der EU und dem Privatsektor finanzierte Projekt verwendet landwirtschaftliche Reststoffe wie Zitronenschalen, Maisstärke, Mandelschalen und Granatapfelschalen als Zusatzstoffe für Biopolymere, die in lebenden Organismen wie Pflanzen vorkommen und in der Produktion verwendet werden können.

Das Ergebnis: Prototypen von Autoteilen und Konstruktionsformen, die mit dem Fachwissen über 3D-Druck des spanischen Technologiezentrums Aitiip hergestellt wurden.

„Das Spannendste aus unserer Sicht ist, dass es keine Rückstände gibt, sondern nur Ressourcen“, sagt Berta Gonzalvo, Forschungsleiterin bei Aitiip, die das dreieinhalbjährige Projekt koordiniert hat. „Die Teile aus der Automobilindustrie oder dem Bausektor wurden erfolgreich validiert und zeigen, dass eine Kreislaufwirtschaft möglich ist und zur Verringerung der Umweltbelastung beiträgt.“

Die EU fördert die Entwicklung von Produkten, die aus Materialien biologischen Ursprungs hergestellt werden. Dies ist Teil eines Vorstoßes, nicht nur um Abfall zu vermeiden, sondern auch um den Ausstoß von Kohlendioxid zu reduzieren und Industriegüter sicherer zu machen.

Die Bioökonomie in der EU expandiert seit einem Jahrzehnt und erreichte 2019 ein Volumen von 2,4 Billionen Euro. Laut einer Studie vom Oktober 2022 hat sie weitere Wachstumsaussichten.

Ein Zeichen für die hohen Erwartungen an die biobasierten Industriezweige ist, dass die EU 2014 ein gemeinsames Unternehmen in Höhe von 3,7 Milliarden Euro mit ihnen gegründet hat, um die Forschung in diesem Bereich zu fördern. Im Jahr 2022 folgte eine 2-Milliarden-Euro-Initiative mit verschiedensten Akteuren, von Landwirten bis hin zu Wissenschaftlern, um technische, regulatorische und markttechnische Hindernisse für biobasierte Produkte zu überwinden.

In der EU fallen jährlich etwa 60 Millionen Tonnen Lebensmittelabfälle und 26 Millionen Tonnen Kunststoffabfälle an.

Die Herstellung industrieller Materialien aus erneuerbaren Quellen, einschließlich Abfällen, wird zunehmend an Bedeutung gewinnen, und Projekte wie BARBARA sind laut Gonzalvo erst der Anfang.

Als BARBARA im Jahr 2017 begann, war ein einziges Biopolymer für den 3D-Druck verfügbar. Das Projekt erhöhte die Anzahl der biobasierten Materialien durch eine Kombination aus industrieller Biotechnologie, Nanotechnologie und fortgeschrittenen Fertigungstechnologien.

Es entwickelte neue Verfahren für die Extraktion und Verwendung von Verbindungen wie natürlichen Farbstoffen, farbstoffbindenden Biomitteln, antimikrobiellen Mitteln und ätherischen Ölen aus Granatapfel, Zitrone, Mandelschalen und Mais.

Türen und Armaturenbrettverkleidungen

BARBARA hat acht Materialien entwickelt, die Granatapfel- und Zitronenpigmente, Granatapfel-Biomittel, Zitronenduft und Mandelschalen enthalten und anstelle von bestehenden Kunststoffen verwendet werden können. Die neuen Materialien führten zu unterschiedlichen Farben, Aromen, Texturen und antimikrobiellen Eigenschaften.

Die 11 Partner druckten auch Prototypen von Türverkleidungen und einer Armaturenbrettverkleidung für die Automobilindustrie sowie eine Form für Fachwerkverbindungen für den Bausektor.

Die neuen Materialien haben bessere mechanische, thermische und sogar ästhetische Eigenschaften.

So können sie zur Verbesserung der Qualität des Endprodukts eingesetzt werden und bieten sogar die Möglichkeit, eine Farbe oder einen Duft hinzuzufügen.

Das Projekt ist mittlerweile beendet, doch die Teilnehmer hoffen, dass die Technologie innerhalb der nächsten vier bis fünf Jahre in die Demonstrationsphase übergehen kann. Das würde Möglichkeiten für eine großvolumige Produktion schaffen.

Da die Biopolymer-Industrie weltweit um 6 % pro Jahr wächst und der europäische Sektor jährlich um 30 % expandiert, ist die EU laut Gonzalvo in einer hervorragenden Position, um eine Vorreiterrolle zu spielen.

„Wir sind einen Schritt näher an einer echten Kreislaufwirtschaft“, sagte sie. „Abfall kann eine Ressource sein und nicht nur Abfall.“

Ersatzstoffe aus Kunststoff

Auch im Kunststoffbereich sind die Forschungsaussichten vielversprechend.

Nach Angaben der Europäischen Kommission wurden in Europa im Jahr 2020 nur 14 % der Kunststoffabfälle im Inland recycelt. Die verbleibenden 86 % wurden verbrannt, deponiert, weggeworfen oder exportiert, was die Notwendigkeit unterstreicht, ein nachhaltigeres System zu schaffen.

Da die Produktion von Kunststoffen mittelfristig zunehmen wird, ist die Verringerung ihres ökologischen Fußabdrucks umso wichtiger.

Das ECOXY-Projekt, das über dieselbe öffentlich-private Partnerschaft wie BARBARA finanziert wurde, suchte nach biobasierten Alternativen zu Kunststoffen, auch bekannt als „faserverstärkte duroplastische Verbundwerkstoffe“ oder FRTCs.

FRTCs sind zwar leicht und stabil, aber sie sind nicht besonders umweltfreundlich. Abgesehen davon, dass sie aus fossilen Brennstoffen gewonnen werden, können sie nicht recycelt werden und bestehen oft aus giftigen Materialien, darunter eine endokrin wirksame chemische Verbindung namens Bisphenol A.

„Faserverstärkte Verbundwerkstoffe werden immer häufiger verwendet, so dass diese biobasierten Verbundwerkstoffe in der Lage sein sollten, sie in allen Bereichen, in denen sie verwendet werden, zu ersetzen“, erklärt Aratz Genua, ein Forscher am CIDETEC, einem spanischen Institut, das ECOXY koordinierte.

Die drei Rs

Das Projekt, das parallel zu BARBARA lief, umfasste ein Konsortium von 12 Forschungs- und Industriepartnern aus ganz Europa.

Sie gingen von Materialien aus, die den drei Rs entsprechen: recyclable (recycelbar), reshapable (umformbar) und repairable (reparierbar). Diese 3R-Materialien waren zwar bereits von CIDETEC patentiert worden, aber sie hatten einen Nachteil.

„Wir hatten sie nachhaltiger gemacht, aber wir arbeiteten immer noch mit Produkten, die aus Erdöl gewonnen werden, und das am häufigsten verwendete Produkt wird aus Bisphenol A gewonnen“, sagt Genua. „Wir hatten die Möglichkeit, noch einen Schritt weiter zu gehen und sie nachhaltiger zu machen, indem wir Bioabfälle zur Herstellung von biobasierten FRTCs verwenden.“

Das Konsortium hat sich mit Lignin beschäftigt, das aus Holz und Pflanzenfasern gewonnen wird. Es verwendete biobasiertes Harz aus Lignin mit Flachsfasern als Verstärkung zur Herstellung eines Vorführmodells, in diesem Fall die Rücksitzbank eines Autos.

„Es war wirklich gut, dass wir ein Vorführmodell entwickeln und herstellen konnten“, sagte Genua. „Wir haben mit kleinen Mengen von Materialien begonnen und haben gezeigt, dass diese in einem mittleren Maßstab nutzbar sind.“

Die eigentliche Herausforderung bestand darin, sicherzustellen, dass das neue Material vergleichbare Eigenschaften wie die derzeit verwendeten hat.

Biobasierte Harze zeigten sehr gute Eigenschaften, die denen von fossilen Brennstoffen gleichwertig sind, so Genua. Die Festigkeit der Flachsfasern kann jedoch noch verbessert werden.

Zukünftiger Schwerpunkt

Zukünftige Forschungen könnten auch die Verwendung von biobasierten Kohlenstofffasern, die ebenfalls aus Lignin gewonnen werden, untersuchen.

„Wir werden weiter an der Entwicklung und Optimierung von biobasierten 3R-Harzen für verschiedene Anwendungen arbeiten“, fügt Genua hinzu.

Das von der EU finanzierte Projekt BIO-UPTAKE arbeitet zum Beispiel an Deckenplatten für die Bauindustrie.

„In diesen Fällen werden nicht nur Flachsfasern, sondern auch biobasierte Kohlenstofffasern verwendet“, so Genua.

Weitere Infos

 

Artikel von HELEN MASSY-BERESFORD

APA-Science Content-Kooperation mit Horizon

Die Finanzierung der für diesen Artikel erforderlichen Forschung erfolgte durch das Bio-based Industries Joint Undertaking (BBI JU), im Jahr C2022 weitergeführt durch das Circular Bio-based Europe Joint Undertaking (CBE JU). Dieser Artikel wurde erstmals in Horizon, dem EU-Magazin für Forschung und Innovation, veröffentlicht.