Biocomposites

Biocomposites beflügeln den Nachhaltigkeitstrend

CE_Insights_BioBased_180731.jpg

  • Verpackungsindustrie ist wichtigste Absatzbranche für „grüne“ Verbundwerkstoffe
  • Biobased Composites Pavillon auf der COMPOSITES EUROPE

Nachwachsende Rohstoffe für den CFK-Leichtbau nutzbar machen – daran arbeiten zurzeit nicht nur zahlreiche Forscher, sondern auch die Industrie. Woran genau geforscht wird und wie sich der Markt für grüne Verbundwerkstoffe entwickelt, zeigt vom 6. bis 8. November 2018 auch die COMPOSITES EUROPE in Stuttgart. Im Rahmen des „Bio-Based Composites Pavilion" präsentiert die Fachmesse in Kooperation mit dem nova Institut innovative Materialien und Anwendungsbeispiele.

Autoprototypen aus Hanffasern und Sojamehl

Henry Ford war ein vielseitiger Pionier. So galt sein Interesse schon in den 1920er Jahren Kunststoffen aus landwirtschaftlichen Erzeugnissen, wie Hanffasern und Sojamehl. Daraus konstruierte er Autoprototypen mit entsprechenden Karosserieteilen, darunter einen Kofferraumdeckel. Dieser war so stabil, dass Ford für einen Werbeclip mit einer Axt darauf einschlug – ohne ihn zu zerstören. Bekannt wurde auch sein Soybean Car – das „Sojabohnen-Auto“ – aus den 1940er Jahren, dessen Karosseriepaneele aus einem sojahaltigen Kunststoff bestanden.

Heute, fast 80 Jahre später, sind Biocomposites vor allem mit Blick auf das Thema Nachhaltigkeit wieder im Trend. Laut der 2015 vom VDI-Zentrum für Ressourceneffizienz herausgegebenen Studie Bestandsaufnahme Leichtbau in Deutschland sind Kunststoffe, die durch Naturfasern aus Hanf, Flachs oder Baumwolle mechanisch verstärkt werden, im Automobilbau vor allem für Innenraumanwendungen bereits etabliert, da sie wirtschaftlich konkurrenzfähig sind. Auch eine geringe Neigung zum Splittern beim Crash und die Schalldämmung sprechen für die Werkstoffe.

Biokunststoffe für mehr Hygiene in Windeln

Und die Entwicklung geht weiter: Derzeit arbeiten verschiedene Forschungsinstitute daran, Carbonfasern auf der Basis von Lignin (Holzstoff) herzustellen, um nachwachsende Rohstoffe für den CFK-Leichtbau nutzbar zu machen. Wissenschaftler der RWTH Aachen haben zusammen mit belgischen Kollegen umweltverträgliche Autobauteile entwickelt, die vollständig aus Pflanzenfasern und Biokunststoffen bestehen. Auch die Industrie ist aktiv. Toyota verbaut in einigen Modellen Sitzpolster, Fußmatten und Seitenverkleidungen, die auf PLA-Basis (Polymilchsäure) hergestellt wurden. Der Reifenhersteller Continental arbeitet an Reifen aus Löwenzahnkautschuk.

Auch in zahlreichen anderen Branchen, etwa in der Verpackungsindustrie, substituieren Biokunststoffe herkömmliche Produkte auf Erdölbasis. Neben dem guten Image sind dafür auch zahlreiche bessere Eigenschaften verantwortlich. So eignen sie sich für Frischeprodukte und verderbliche Lebensmittel, da Obst und Gemüse aufgrund der höheren Atmungsaktivität länger frisch bleiben. Eine Fähigkeit, die sich auch bei der Verarbeitung zu Hygienefolien wie etwa in Windeln positiv auswirkt. Nicht zuletzt fördert der Gesetzgeber in vielen Ländern den Einsatz von Biokunststoffen im Verpackungsbereich. So sind nicht-abbaubare Plastiktüten in vielen Ländern ganz verboten oder ihr Einsatz wird durch Entgelte reduziert.

Bio-Based Composites Pavillion

Ein wichtiger Schritt, denn die Verpackungsindustrie ist die mit Abstand wichtigste Absatzbranche für „grüne“ Verbundwerkstoffe. Vor allem Flaschen, Folien, Taschen und Beutel bestehen mit einem Anteil von rund 58 Prozent aus Biokunststoffen. Gefolgt werden diese von Textilien (11 Prozent), Konsumgütern (7 Prozent) und Automotive (7 Prozent). Mehr zu dem Thema erfahren Interessierte auch im Bio-Based Composites Pavillion auf der Composites Europe. Aussteller wie DEHONDT COMPOSITES, SAFILIN, die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe, Arctic Biomaterials und Biowert Industrie stehen hier als Experten rund um die Einsatzmöglichkeiten und Eigenschaften von Holz-Polymer-Verbundwerkstoffen (WPC), Naturfaser-Verbundwerkstoffen (NFC), bio-basierten Thermoplasten und Duroplasten für Verbundwerkstoffe sowie bio-basierten Kunststoffen zur Verfügung.

Kontinuierliches Wachstum dank steigender Nachhaltigkeitsanforderungen

Die weltweite Produktionskapazität der Biokunststoffe nimmt sich mit 2,05 Mio. Tonnen im Jahr 2017 neben den jährlich rund 320 Mio. Tonnen erdölbasierter Kunststoffe zwar noch relativ bescheiden aus. Doch steigende Nachhaltigkeitsanforderungen, anspruchsvollere Anwendungen und eine zunehmende Zahl von Materialien und Herstellern versprechen künftig ein kontinuierliches Wachstum.

Die Experten des Nova-Instituts und von European Bioplastics rechnen bis 2022 mit 2,44 Mio. Tonnen globaler Produktionskapazität sowie der Schaffung von bis zu 300.000 hochqualifizierten Arbeitsplätzen bis zum Jahr 2030 – allein in Europa. Auch die Fachleute des Marktforschungsinstituts Ceresana konstatieren, dass Biokunststoffe deutlich höhere Wachstumsraten als herkömmliche Standardkunststoffe erzielen. Angesichts der steigenden Nachfrage und eines immer breiter werdenden Anwendungsspektrums werde sich dieser Trend sogar noch weiter verstärken. In der Marktanalyse von 2016 wird von einem weltweiten Gesamtumsatz der „grünen“ Kunststoffe in Höhe von über 2,6 Mrd. USD ausgegangen.

0,02 Prozent der weltweiten Agrarfläche für die Biocomposites-Produktion

Experten unterscheiden bei Biokunststoffen zwischen biologisch abbaubaren Kunststoffen, die kompostiert werden können (biodegrable) und biobasierten Kunststoffen, die aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden (biobased). Während biologisch abbaubare Kunststoffe mit rund 43 Prozent den kleineren Teil der globalen Nachfrage nach Biokunststoffen ausmachen, zeichnen sie sich durch ein dynamischeres Mengenwachstum von jährlich über 11 Prozent aus. Laut der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) liegt der Anteil biobasierter Polymere im Bereich der Strukturpolymere bei etwa 1,5 Prozent. Aktuelle Prognosen gehen davon aus, dass er sich bis 2020 mehr als verdoppelt.

Befürchtungen, dass die für das Wachstum des Biokunststoff-Markts benötigten Rohstoffmengen zu Lasten dringend benötigter Anbauflächen gehen, sind derzeit laut FNR noch unbegründet. In diesem Jahr werden demnach rund 0,02 Prozent der weltweiten Agrarfläche für die Bereitstellung von nachwachsenden Rohstoffen für die Biocomposites-Produktion gebraucht. Entscheidend sei vielmehr, einen nachhaltigen Kreislauf zu etablieren, der von der Erzeugung über die Produktion, den Gebrauch – möglichst in Form einer Mehrfachnutzung – bis hin zur Nutzung der anfallenden Abfälle reicht.