Die entwickelten Folien verzichten auf fossile Rohstoffe und sind konkurrenzlos zur Lebensmittelindustrie. © Fraunhofer UMSICHT
Algen konkurrieren als alternative Biomassequelle für Biokunststoffe nicht mit Lebensmitteln und fallen sogar zum Teil als Reststoffe aus industriellen Anwendungen an. Aus zukünftigen Biomasseabfällen aus der Biodieselproduktion werden Algen im Projekt ECLIPSE (Advanced packaging materials from renewable biogenic resources) für die Herstellung eines biobasierten Kunststoffes verwendet. Die neuartigen Verpackungsmaterialien bestehen vorwiegend aus Polymilchsäure (PLA), welche aus Algen extrahiert wird.
Die Eigenschaften des Kunststoffs werden durch den Einsatz von nanoskaligen Fasern und Füllstoffen aus Bananen- und Mandelschalen oder Fischereiabfällen, wie zum Beispiel Chitin aus Krustentieren, verbessert. Das so hergestellte Bio-Nano-Kunststoffkomposit wurde zu zwei biobasierten sowie bioabbaubaren Kunststofffolien verarbeitet.
Das mit nanoskaligen Chitin-Schalen funktionalisierte Material besitzt eine hohe Werkstofffestigkeit und ist widerstandsfähig gegen Materialschädigungen. Auch aufgrund seiner antifungiziden Eigenschaften kann es künftig in der industriellen Produktion biologisch abbaubarer Agrarfolien (DIN EN 13432) Einsatz finden.
„Die Herstellung der homogenen Blasfolie erfolgte zuerst im Technikum von Fraunhofer UMSICHT und anschließend als industrieller Prozess auf einer konventionellen Blasfolienanlage für Folien aus Polyethylen beim Projektpartner Banacol in Kolumbien. Hier konnte erfolgreich eine bis zu 10 µm dünne Mono-Blasfolie bei einem Durchsatz von 100 kg/h produziert werden", erläutert Dipl.-Ing. Hendrik Roch, Abteilung Biobasierte Kunststoffe bei Fraunhofer UMSICHT.
Das Material konnte auch bei Temperatureinstellungen, die sonst für Polyethylen-Folien üblich sind, im stabilen Prozess verarbeitet werden. Die Folie zeigt eine hohe Flexibilität (Bruchdehnung über 300 Prozent) und Festigkeit, ist milchig-transparent und kann mit Additiven leicht eingefärbt sowie UV-beständig gemacht werden. In Feldversuchen zur Reifung von Bananen wurde der Kunststoff bereits auf zwei klimatisch unterschiedlichen Plantagen von Banacol eingesetzt.
Nanomaterialien negativ für die Ökobilanz
Begleitend zur technischen Entwicklung der funktionalisierten biobasierten Kunststofffolien erstellte Fraunhofer UMSICHT eine ökologische und ökonomische Bewertung der unterschiedlichen Materialien. Ökobilanziell untersucht wurden neben Energieaufwand in der Materialherstellung sieben potenzielle Umweltwirkungen wie zum Beispiel die Klimawirksamkeit der Produkte.
In den meisten Umweltwirkungskategorien und auch aus ökonomischer Sicht ist das biobasierte Produkt zum jetzigen Stand der Entwicklung schwächer als vergleichbare Produkte aus konventionellen Kunststoffen. Hierzu trägt insbesondere auch der Einsatz von Nanomaterialien bei. Kommerziell produziertes PLA zeigt in einigen Umweltwirkungskategorien Vorteile gegenüber konventionellen fossilen Kunststoffen wie Polypropylen. Die im Projekt entwickelte Erzeugung von PLA aus Algen bedarf weiterer Entwicklungsarbeiten und ist zum heutigen Stand der Technik noch nicht konkurrenzfähig.
Weitere Informationen
ECLIPSE wird vom Siebten Forschungsrahmenprogramm der Europäischen Union gefördert. Das Projektkonsortium setzt sich aus Partnern aus folgenden Ländern zusammen: Chile, Kolumbien, Spanien, Deutschland, Belgien, Schweden und Großbritannien.
