Bilaterales Projekt entwickelt widerstandsfähigere und nachhaltigere Werkstoffe für die Automobilindustrie

© Fraunhofer IFAM

Für die Automobilindustrie, die sowohl in Deutschland als auch in Brasilien zu den wichtigsten Industriezweigen zählt, stellt sich durch den Klimawandel die Herausforderung, den Kraftstoffverbrauch sowie den CO2-Ausstoß durch nachhaltigen Leichtbau zu reduzieren. Herkömmliche Faserverbundkunststoffe (FVK) werden jedoch in der Regel aus fossilen Ressourcen gewonnen und sind aufgrund ihrer CO2– und Energiebilanz bei der Herstellung sowie des Fehlens von Recyclingkonzepten keine nachhaltigen Werkstoffe.

Pflanzliche Fasern wie Flachs in Kombination mit konventionellen Thermoplasten haben sich aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften in der Serienfertigung für die Innenausstattung von Fahrzeugen etabliert. Auf der anderen Seite konnten sich biobasierte Polymere wie z. B. maisstärkebasiertes Polylactid (PLA) bisher nicht durchsetzen, da Kosten und Eigenschaften dieser Werkstoffe im Vergleich zu herkömmlichen Polymersystemen nicht den Anforderungen der Automobilindustrie entsprechen. Es ist daher dringend erforderlich, Forschung über ökoeffiziente Werkstoffe zu betreiben, um festzustellen, welche Materialien im Hinblick auf Recycling sowie auf CO2– und Energieeinsparung für eine nachhaltige Produktion im großen Rahmen geeignet sind.

Vor diesem Hintergrund hat das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM), eine der führenden europäischen Forschungseinrichtungen für Klebetechnik, Oberflächen, Bauweisen und funktionale Werkstoffe, in Zusammenarbeit mit der Universität Campina Grande, der Universität Paraíba sowie Partnern aus der Industrie das Projekt BestBioPLA gestartet – Vollständig bio-basierte PLA-Verbundwerkstoffe mit Langzeitbeständigkeit.

Ziel ist dabei, alternative polymere Matrixsysteme zur Herstellung nachhaltiger naturfaserverstärkter Kunststoffe für Anwendungen im Automobilbereich zu entwickeln. Diese Leichtbauwerkstoffe sollen sich einerseits durch ihre hohe Lebensdauer auszeichnen, aber andererseits auch ein Recycling durch biologischen Abbau ermöglichen. PLA und pflanzliche Öle sollen die Basis für nachhaltige Polymere als Matrixsystem für naturfaserbasierte FVK bilden. So sollen im BestBioPLA-Projekt nachwachsende Rohstoffe aus Brasilien und Deutschland (regionale Pflanzenöle) verwendet werden, um die Ökoeffizienz zu verbessern und neue Wertschöpfungsketten zu identifizieren.

Der chemische Ansatz zielt darauf ab, teilweise vernetzte Polymersysteme zu erzeugen, die diese gewünschten Materialeigenschaften hervorbringen. Europäischer Flachs und brasilianischer Sisal werden als Verstärkungsfasern verwendet, da sie hohe spezifische Festigkeiten und Steifigkeiten aufweisen.

Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit der Entwicklungen werden durch ein entsprechendes Life-Cicle-Assessment sowie durch eine techno-ökonomische Evaluierung sichergestellt. Die vielversprechendsten Werkstoffzusammensetzungen werden verwendet, um ein Demonstrationsbauteil für den Fahrzeuginnenraum zu entwerfen und zu erstellen.

Der Erfolg des BestBioPLA-Projekts soll sicherstellen, dass neue polymere Matrixsysteme für naturfaserverstärkte Kunststoffe zur Verfügung stehen, mit denen anschließend gemeinsam mit Industriepartnern marktfähige Produkte entwickelt werden können.

Lokale Wertschöpfung und Akzeptanz stärken
Der Ansatz von BestBioPLA, lokal angebauter Ressourcen wertschöpfend zu verwenden, trägt zur nachhaltigen Entwicklung der jeweiligen Regionen bei. Brasilianische und deutsche Unternehmen können im Verlauf der gesamten Prozesskette – vom landwirtschaftlichen Rohstoffanbau bis zum industriellen Einsatz – die Projektergebnisse nutzen, um Produktlinien aufzubauen und daraus Wertschöpfung zu erzielen.

Neben den wirtschaftlichen Aspekten wird erwartet, dass die neuwertigen FVK die negativen Auswirkungen auf die Umwelt sowohl bei der Herstellung als auch bei der Entsorgung am Ende des Produktlebens reduzieren, was zu einer größeren Akzeptanz dieser Werkstoffklasse auf dem Markt und in der Gesellschaft führen kann.

Projektpartner
BestBioPLA wurde im Jahr 2019 gestartet und soll im Jahr 2022 abgeschlossen werden. An dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Fördermaßnahme CLIENT II unterstützten Projekt ​​sind das Fraunhofer Institut (IFAM), die Bundesuniversität Paraíba (UFPB) und die Bundesuniversität Campina Grande (UFCG) sowie die Unternehmen SisalGomes LTDA und INVENT GmbH beteiligt.