29.05.2015

Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC

Grüne Chemie sorgt für nachhaltigen Materialkreislauf

Das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC aus Würzburg hat sich zum Ziel gesetzt, innovative Materialien und Verfahren für eine umweltgerechte Herstellung und Wiederverwertung von Produkten zu entwickeln.

Neue multifunktionelle Materialen können Ressourcen, Kosten oder auch Energie sparen und ermöglichen gleichzeitig innovative Anwendungen. Neben dem Einsatz von umweltfreundlichen Werkstoffen sind die prozessoptimierte, effiziente Herstellung und die Wiederverwendung von Rohstoffen wichtige Bestandteile einer nachhaltigen Zukunft. Materialen hingegen, die nicht wiederverwertet werden können, sollten zumindest biologisch abbaubar oder recyclingfähig sein.

Ressourcengebrauch statt -verbrauch
Unter diesem Motto steht die Arbeit der Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS mit Sitz in Alzenau/Hanau. Die Projektgruppe IWKS erforscht neue Recycling- und Substitutionsmöglichkeiten für knappe Roh- und Werkstoffe. Zusammen mit Industriepartnern werden neue Technologien für die Rückgewinnung und Sortierung von Wertstoffen konzipiert.
Auf der ACHEMA präsentiert die Projektgruppe IWKS ihre Entwicklungen im Bereich der Biowerkstoffe, die als Bioabfall zwar nicht mehr gebraucht werden, aber als pflanzliche Rohstoffe eine neue Verwendungsmöglichkeit finden. Sie können das Risiko verringern, dass der Anbau von nachwachsenden Rohstoffen als Ersatz für erdölbasierte Materialien zur Konkurrenz von Anbauflächen für Nahrungsmittel wird. Bioabfallstoffe entstehen unter anderem in der Lebensmittel- und Pharmazieindustrie und können bei ihrer Wiederverwertung nicht nur zur Senkung von Rohstoffkosten, sondern auch zu einer nachhaltigeren Produktion beitragen. Sie eignen sich unter anderem als Ausgangsmaterial für Barriereschichten von Lebensmittelverpackungen.

Verpackungen, die sich selbst recyceln
Eine Alternative zu bislang verwendeten Kunststoffverpackungen auf Erdölbasis suchen Forscher im europäischen Projekt »DibbioPack« – kurz für »Development of Injection and blow extrusion molded BIOdegradable and multifunctional PACKages by nanotechnology«. Im Rahmen des Projekts entwickelte das Fraunhofer ISC neuartige bioabbaubare Funktionsschichten, die wie ein Lack auf Folien und andere Substrate aufgetragen werden können. Die Barriere aus besagtem Material (bioORMOCERen) schützt den Inhalt vor Sauerstoff, Wasserdampf, Aromen oder chemischen Substanzen oder lässt diese umgekehrt nicht entweichen. Bislang war die Barrierewirkung von herkömmlichen biologisch abbaubaren Materialien nicht ausreichend. Die neuartigen bioORMOCER®re aus Biopolymeren wie Cellulose und Chitosan zerfallen in bestimmten Rezepturen bereits nach sechs Wochen. Die Abbauraten können jedoch an gewünschte Verpackungseigenschaften angepasst werden, je nachdem ob Medikamente, Kosmetik oder Lebensmittel verpackt werden.

Smarte Prozessoptimierung – 100% Qualitätskontrolle
Neben dem Einsatz von umweltverträglichen Materialien ist ein nachhaltiger Produktionsprozess ein wichtiger Faktor. Mit smartQCC – entwickelt im Center of Device Development CeDeD in der Außenstelle Bronnbach des Fraunhofer ISC– können volumetrische Laborglasgeräte wie Pipetten und Büretten halbautomatisch überprüft werden. SmartQCC ermöglicht eine einfache und genaue Qualitätskontrolle der Messvolumina per Joystick. Dies können Besucher am Stand selbst ausprobieren. Manuelle Tests sind aufwendig und bringen aufgrund vielfältiger Fehlerquellen schlecht reproduzierbare Ergebnisse. SmartQCC hingegen bietet eine hohe Mess- und Wiederholgenauigkeit mit einer präzisen Feststellung der Markierungen und einem Direktausdruck der Messwerte. Geringe Unterhalts- und Folgekosten unterstützen die Optimierung des Herstellungsprozesses von volumetrischen Laborglasgeräten.

Abwasserreinigung mit Magnetpartikeln
Viele Düngemittel, Schwermetalle und andere Stoffe gelangen ins Abwasser und können daraus nur schwer wieder entfernt werden. Eine Entwicklung des Fraunhofer ISC und der Projektgruppe IWKS soll hier Abhilfe schaffen. Kleine, magnetische Spezialpartikel, die feinstverteilt dem Abwasser zugegeben werden, können (Schad-) Stoffe selektiv chemisch binden. Mithilfe eines Magneten werden die beladenen Partikel dann aus dem Wasser herausgezogen und anschließend kann der gebundene Stoff wieder abgetrennt werden. Da das Verfahren sehr selektiv arbeitet, lassen sich so auch sehr gering konzentrierte Stoffe mit hoher Reinheit zurückgewinnen. Sowohl die Partikel als auch die Stoffe können wiederverwertet werden. Für diese Entwicklung erhielt Dr. Karl-Sebastian Mandel den renommierten Deutschen Studienpreis der Körber-Stiftung.

Quellen