Biopolymere

Perspektiven – Technologien – Märkte

11. November 2010, Herzogschloss Straubing

Nachbericht

Biopolymere auf dem Weg in vielfältige Anwendungen

Bioindustrie bietet neue Markt-Chancen
Innovative Verfahren zur Verarbeitung von Biopolymeren
270 Experten und Anwender aus sieben Ländern in Straubing

Ob im Automobil, in Elektronikartikeln, Textilien und Verpackungen - Biopolymere haben viele Einsatzmöglichkeiten. Es sind Polymere, die aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden oder biologisch abbaubar sind. Damit bieten sie eine attraktive Alternative zu konventionellen Polymeren, die auf fossilen Ausgangsstoffen basieren. Sie ermöglichen zum Teil vollkommen neue Produkteigenschaften und können darüber hinaus einen Beitrag leisten, den Einsatz petrochemischer Ressourcen zu reduzieren sowie den CO2-Ausstoß zu vermindern.

Das große Interesse an Biopolymeren bei Anwendern aus den Bereichen Verpackung, Konsumgüter, Textil und Automobil spiegelt auch die Branchenvielfalt der 270 Teilnehmer auf dem Kooperationsforum „Biopolymere" wider, die gezielt mit Experten der Biowissenschaften und der Bioindustrie zusammengeführt wurden. Das Forum hat die Bayern Innovativ GmbH als Koordinator des Netzwerkes Life Science konzipiert und am 11. November 2010 zum zweiten Mal in Straubing durchgeführt. Partner waren das Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe, die Biocampus Straubing GmbH sowie die Bio-M WB GmbH. Eingebunden waren der Cluster Neue Werkstoffe und das Enterprise Europe Network.

Inhaltsübersicht:

Herausforderungen als Chance nutzen

„Die globalen Herausforderungen sind bei der Wirtschaft angekommen" bezieht sich Prof. Martin Faulstich, Direktor des Wissenschaftszentrums Straubing, auf die Verknappung fossiler Resourcen. Diese Herausforderungen sieht Oberbürgermeister Markus Pannermayr als eine neue Chance für die Region Straubing, die reich an nachwachsenden Rohstoffen sowie über die erforderlichen Institutionen und Infrastruktur für deren stofflichen Nutzung verfügt. Dies unterstrich auch Landrat Alfred Reisinger in seinem Grußwort.

Chancen für eine biobasierte Industrie bieten zudem neue Initiativen auf Bundes- und EU-Ebene, wie die die nationale BioÖkonomie 2030 oder Europa 2020 Strategien, so Prof. Josef Nassauer, Geschäftsführer der Bayern Innovativ GmbH, in seiner thematischen Einführung. „Als Partner im Haus der Forschung unterstützen die Bayern Innovativ Firmen und Institute im Zugang zu Förderprogrammen auf Landes-, Bundes und EU-Ebene".

Industrielle Nutzung nachwachsender Rohstoffe

Gegenwärtig setzt die chemischen Industrie in Deutschland etwa elf Prozent nachwachsende Rohstoffe ein und eine Steigerung auf 20 Prozent bis zum Jahr 2030 wird prognostiziert. Im Hinblick auf eine Nutzungskonkurrenz von Landflächen sieht Prof. Thomas Hirth, Leiter Fraunhofer IGB Stuttgart, große Potentiale in der Verwertung von Lignocellulose und insbesondere Holz. Um wettbewerbsfähig gegenüber petrochemischen Verfahren zu sein, müssen die Produktionskosten reduziert werden. Der Prozess, der Rohstoff und Produkt verbindet, steht hierfür im Vordergrund wobei integrative Ansätze aus Biotechnologie und Chemie künftig zum Einsatz kommen.

Quellen für Biopolymere sind, neben cellulosehaltigen Ausgangsstoffen, Pflanzenöle, stärkebasierte Naturstoffe, Mikroorganismen aber auch petrochemische Ressourcen. Monomere aus Rizinusöl sind bereits seit Jahrzehnten bekannt und dienen heute als Ausgangsstoffe für neue Polymere mit neuartigen Eigenschaften wie Dr. Harald Häger von Evonik Degussa am Beispiel Rizinusöl darstellte. Aufgrund der mechanischen und thermischen Eigenschaften ergeben sich Einsatzmöglichkeiten in High-Performance-Polyamidbauteilen für Sport, Elektronik oder Automobil. Neben den Werkstoffeigenschaften ist auch die Nachhaltigkeit des neuen Materials über den gesamten Lebenszyklus günstiger als bei Erdöl-basierten Polyamiden. Die Rizinuspflanze wird weder als Nahrungs- oder Futtermittel genutzt, noch konkurriert sie mit der Anbaufläche von Nahrungsmitteln.

Nachhaltigkeitsbetrachtungen biobasierter Produkte standen ebenfalls im Vordergrund bei Dr. Jens Hamprecht von BASF. Öko-Effizienzbetrachtungen müssen die gesamte Wertschöpfungskette betrachten und entscheidend für zuverlässige Aussagen sind präzise und umfassende Annahmen. Entsprechend der Variabilität dieser Annahmen wurde am Beispiel Verpackung dargestellt, dass die Nachhaltigkeitsbetrachtung für ein und dasselbe Produkt durchaus unterschiedlich ausfallen. Neben dem Material spielen u. a. Faktoren wie Transportwege oder Wiederverwendung eine Rolle.

Biopolymere - Trends in Europa

Industrielle Biotechnologie und biobasiserte Produkte sind Bestandteil verschiedener Programme und Initiativen der Europäischen Kommission, wie dem 7. Rahmenprogramm oder knowledge-based bio-economy, KBBE. Zudem sind biobasierte Produkte ein Bestandteil der Leitmarktinitiative und werden auch im Aktionsplan gegen den Klimawandel im Rahmen der „Europa 2020" Strategie eine wichtige Rolle spielen.

Auf Chancen biobasierte Produkte, insbesondere Bioplastik, und Rahmenbedingungen, die eine erfolgreiche Implementierung bestimmen, ging Dr. Harald Käb vom European Bioplastics ein. Insbesondere Standards und Zertifizierungen für biobasierte Produkte sind wichtig, damit der Kunde den Nutzen erkennen und zwischen biobasierten bzw. nicht biobasierten Bioplastik unterscheiden kann. Obwohl heute erst etwa 0,1 Prozent der weltweiten Kunststoffproduktion auf Biopolymeren basiert, wird ein signifikantes Wachstum erwartet, insbesondere für Anwendungen in beständigen Produkten.

Durch die Fermentation stärkehaltiger Rohstoffquellen wie Mais und Kartoffeln oder zellstoffhaltiger Pflanzenbestandteile kann Milchsäure als Monomer für die chemische Synthese von Polymilchsäure (PLA) gewonnen werden. Prof. Jukka Seppälä von der Aalto University in Finnland stellte ein neues Verfahren zur direkten Polykondensation der Monomere zu PLA vor. Dessen Eigenschaften sind durch unterschiedliche Vernetzung gezielt veränderbar, so dass Materialien von hoch¬elastisch bis extrem steif resultieren und neue Spezialprodukte für biomedizinische Anwendungen.

Biobasierte Kunststoffe und deren Verarbeitung

Ein Biopolymer, dass sich bereits seit mehr als 3.5 Milliarden Jahren auf der Erde befindet und von Bakterien gebildet wird ist Polyhydroxybutyrat (PHB). Dr. Hänggi von Biomer stellte die günstigen Werkstoffeigenschaften dieses Biopolymers für heutige Anwendungen vor. Aufgrund des günstigen Fließ- und Werkstoffverhaltens hat PHB Eigenschaften aus dem man Thermoplasten machen kann und ist interessant für technische Anwendungen, z. B. in Säulengewinden. Aufgrund der dünnflüssigen Schmelze können Bauteile, wie z. B. für Nebelgranaten, in einem Stück gespritzt werden, was mit anderen Werkstoffen häufig nicht möglich ist. Die erstarrten Teile weisen eine extreme Kristallinität auf, die dafür sorgt, dass die Produkte hart, kriechfest, hitzebeständig und schlagzäh sind.

Entscheidend für die industrielle Anwendung von Biopolymeren ist die Entwicklung neuer Verfahren und Compounds, die eine Verarbeitung ermöglichen. Dr. Jürgen Stebani, Geschäftsführer von Polymaterials AG, stellte eine Technologieplattform vor mit der bis zu 750 Mischungen pro Monat parallel getestet werden können - im Vergleich zu 40 bis 80 Mischungen in herkömmlichen sequentiellen Verfahren.
Dr. Johannes Ganster vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP) zeigte einen durch Verstärkung mit Viskosefaser und Additivzusatz erzeugten biobasierten PLA-Verbund, dessen mechanische Eigenschaften, insbesondere Festigkeit und Steifigkeit, konventionellen, erdölbasierten Werkstoffen überlegen ist. PLA besitzt ähnliche Eigenschaften wie die petrochemischen Kunststoffe Polyethylenterephthalat (PET) oder Polypropylen (PP). Entsprechend vielfältige Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich von Innenraumkomponenten in Fahrzeugen bis hin zu Bekleidungs- und Hygienetextilien.

Aspekte der PLA Verarbeitung und Optimierung waren auch Schwerpunkt bei Christian Bolck von der Wageningen University in den Niederlanden.

Industrielle Anwendungen und Vermarktung

Anwendungen finden biobasierten Werkstoffe neben Verpackungen, Konsumgütern und Medizinprodukten bereits in Textilien und Fahrzeugen. Inge Welkenhuysen von Centexbel aus Belgien stellte in einem Überblick die Vorteile verschiedener Biopolymere, wie PLA, thermoplastische Stärke, PHB und Polyamiden für Anwendungen in Textilien vor.

Faserverstärkte Biopolymere wie PLA finden Einsatz in Fahrzeugen. Zudem zeigte Dr. Klaus Schamel, Geschäftsführer der RAMPF Giessharze, am Beispiel von biobasierten Polyolen Einsatzmöglichkeiten im Interieur- und Elektronikbereich von Automobilen.

Studienergebnisse zur Verbraucherakzeptanz biobasierter Produkte in verschiedenen europäischen Ländern stellte Prof. Klaus Menrad vom Wissenschaftszentrum Straubing vor. Entscheidend ist die Kommunikation entlang der gesamten Wertschöpfungskette, um dem Kunden den Nachhaltigkeitsaspekt zu vermitteln.

Die Vortragsreihen wurden von Prof. Josef Nassauer, Dr. Matthias Konrad und Dr. Borris Haupt, alle von Bayern Innovativ, sowie Prof. Volker Sieber, Wissenschaftszentrum Straubing, und Prof. Haralabos Zorbas, Geschäftsführer der Bio-M WB, moderiert.

Plattform für Informationsaustausch und Networking

Die begleitende Fachausstellung zum Kooperationsforum zeigte innovative Technologie, Verfahren und Produkte für Gewinnung, Verarbeitung sowie Produktanwendungen von Biopolymeren und bot Teilnehmern Zeit und Raum zu intensiven Gesprächen und Diskussionen.

Aussteller waren die Bio-M WB GmbH, DASGIP AG, BioCampus Straubing GmbH, das Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe, die engineo GmbH, die Fraunhofer Institute UMSICHT, IFAM und IGB, die GRAFE Polymer Technik GmbH, H. Hiendl GmbH, sowie Technischen Universitäten Chemnitz und München.

Am Vortag des Symposiums hatten 50 Teilnehmer die Gelegenheit, das Wissenschaftszentrum Straubing, die Firmen H. Hiendl Kunststofftechnik in Bogen und die Südstärke in Sünching sowie den Biocampus in Straubing-Sand zu besichtigen. Im Anschluss an die Besichtigung wurde ein Empfang gemeinsam mit der BioCampus Straubing GmbH im BioCubator ausgerichtet bei dem sich rund 110 Teilnehmer trafen.