Biobasierte Hochleistungswerkstoffe
Technologie-Check
Definition und Wirk-/Funktionsprinzip
Biobasierte Hochleistungswerkstoffe sind Materialien, die aus nachwachsenden Rohstoffen wie Pflanzen, Holz, Algen oder biogenen Reststoffen hergestellt werden. Durch entsprechende Materialentwicklung ist es möglich, Eigenschaften zu erzielen, die denen konventioneller Hochleistungsmaterialien sehr ähnlich sind. Dazu gehören eine hohe Festigkeit, geringes Gewicht, eine hohe Temperaturbeständigkeit oder chemische Stabilität. Die biobasierten Werkstoffe dienen dem Ersatz von fossilen Materialien wie Kunststoffen oder Verbundwerkstoffe, teilweise aber auch dem Ersatz von Metallen. Typische Materialien sind Biopolymere, naturfaserverstärkte Verbundstoffe, biobasierte Harze oder nanocellulose-basierte Materialien. Die naturfaserverstärkten Materialien werden bereits standardmäßig industriell eingesetzt und sind somit auf einem TRL 9. Harze und Epoxide müssen zum Teil noch eine Materialentwicklung durchlaufen, um für bestimmte Anwendungen angepasst zu werden. Diese sind eher auf einem TRL von 7 einzuordnen.
SWOT-Analyse
Stärken
- Als Ersatz für fossile Werkstoffe bieten biobasierte Materialien die Möglichkeit einer enormen CO2-Reduzierung bei der Herstellung
- Durch verbesserte Recyclingfähigkeit wird ein Beitrag zur Kreislaufwirtschaft geleistet
- Nachhaltigkeit entlang des gesamten Lebenszyklus
- Teilweise verbesserte Eigenschaften, wie die spezifische Festigkeit, die für Leichtbau eingesetzt werden kann
Schwächen
- Materialkosten sind aufgrund von Materialentwicklungen höher als bei konventionellen Materialien
- Abhängigkeit von der Rohstoffqualität kann sich auf Materialqualität auswirken, bzw. muss mit kontinuierlichen Kontrollen gewährleistet werden
- Beständigkeit gegenüber Temperatur, Feuchtigkeit und UV-Licht häufig schlechter als bei konventionellen Materialien
- Skalierung der Produktion hängt von Rohstoffangebot ab
- Standardisierung bzw. Zertifizierung für industrielle Anwendungen schwierig
Chancen
- Steigende Nachfrage nach nachhaltigen Materialien schafft einen Wettbewerbsvorteil
- Rechtliche Rahmenbedingungen fordern immer stärker den Einsatz nachwachsender Rohstoffe
- Fortschritte in der Materialentwicklung und Biotechnologie erhöhen die verfügbare Materialvielfalt für Hochleistungswerkstoffe
- Ausbau der Wertschöpfungskette in der Bioökonomie
- Potenzial durch Kombination mit Ecodesign und Recyclingkonzepten von Beginn an steigt kontinuierlich an
Risiken
- Konkurrenz durch neue Recyclingverfahren für fossile Werkstoffe nimmt zu
- Abhängigkeit von landwirtschaftlichen Erträgen mit Wetterabhängigkeit und Konkurrenz zur Produktion von Lebensmitteln oder Biomasse
- Bisher fehlende Etablierung von Lieferketten für skalierbare Produktionen
Erfolgsbeispiele
- In Baden-Württemberg umgesetzt: Das Forschungsprojekt „Cellutronik“ entwickelt neuartige Leiterplatten auf Basis bakterieller Cellulose als nachhaltige Alternative zu herkömmlichen, petrochemischen Materialien. Ziel ist es, ressourcenschonende Elektronik zu ermöglichen, indem nachwachsende Rohstoffe eingesetzt und die Klimabilanz elektronischer Bauteile verbessert werden.
Zum Erfolgsbeispiel - Die Fuse GmbH hat sich der Herstellung biobasierter Verbundwerkstoffe verschrieben. Diese werden beispielsweise auf Basis von Hanf oder Flachs hergestellt und können so bis zu 75 % CO2 einsparen.
Zum Erfolgsbeispiel
Technologieanbieter
Möglicher Technologieanbieter aus Baden-Württemberg: Scheplast GmbH
Technologieanbieter
TECNARO GmbH
