Fossile Rohstoffe wie Erdöl, Erdgas und Kohle müssen langfristig durch nachwachsende Stoffe ersetzt werden, soll Leben auf der Erde, wie wir es kennen, auch weiterhin existieren. Außerdem gehen diese fossilen Rohstoffe auch irgendwann zu Ende. Ein Rohstoff, der dagegen immer wieder nachwächst, ist Holz. Als nachwachsende Ressource hat es im Kampf gegen den Klimawandel großes Potential. Auf der einen Seite bindet es pro Kubikmeter rund eine Tonne Kohlenstoff. Auf der anderen Seite stellt es auch eine umweltfreundliche Alternative zu den fossilen Rohstoffen dar, die für einen großen Teil der Treibhausgas-Emissionen verantwortlich sind. Deswegen haben Forscher am Institut für Biobasierte Produkte und Papiertechnik der TU Graz damit begonnen, aus den Holzbestandteilen Cellulose, Hemicellulose und Lignin biologisch abbaubare Materialien herzustellen.
Um künftig weniger Plastik und mehr biologisch abbaubare Materialien zu verwenden, forscht der promovierte Diplomingenieur Samir Kopacic im sogenannten “Barrier-Lab“ des Instituts gemeinsam mit akademischen und industriellen Partnern an neuartigen Verpackungsmaterialien. Diese biobasierten Materialien sollen ebenso gute Barriere-Eigenschaften aufweisen synthetische Kunststoffe. In der Praxis bedeutet das, dass sie den Verpackungsinhalt wie Lebensmittel, Kosmetika, Medikamente, etc. genauso sicher vor Sauerstoff, Luftfeuchtigkeit und anderen äußeren Einflüssen schützen müssen wie herkömmliches Plastik. Bei Lebensmitteln kommt dazu, dass neben der Frische der Produkte auch das Aroma bewahrt werden muss.
Voraussetzungen für einen entscheidenden Durchbruch gegeben
Plastik einfach durch Papier oder Karton zu ersetzen, reicht jedoch nicht. “Papier und Karton sind porös und faserig”, sagt Kopacic. “Um die notwendige Undurchlässigkeit zu erreichen, werden sie häufig mit synthetischen, biologisch nicht abbaubaren und schwer recyclebaren Polymeren beschichtet, oder mit Metallfolien kaschiert.” Er möchte das in Zusammenarbeit mit der Vereinigung der Österreichischen Papierindustrie Austropapier und der Hilfe industrieller Partner ändern.
Kopacic und sein Team verfolgen im FFG-Forschungsprojekt “PapSpray” das Ziel, Papier oder Karton mit Biopolymeren zu besprühen. “Beim Auftragen von biobasierten Barriere-Materialien auf Papier waren konventionelle Beschichtungsverfahren aufgrund des komplexen Fließverhaltens dieser Materialien nur begrenzt erfolgreich”, erklärt Projektleiter Kopacic. “Wir testen nun die Tauglichkeit von Sprühbeschichtungsverfahren und untersuchen, wie Biopolymere auf Papier aufgesprüht werden müssen, um die gewünschten Barriere-Eigenschaften zu bekommen.“
Die Voraussetzungen für einen entscheidenden Durchbruch seien gegeben, betont er: “Aus technologischer Sicht ist das Sprühbeschichtungsverfahren ein flexibler und in die Papierproduktion integrierbarer Prozess, der auch in Kombination bzw. als Ergänzung konventioneller Beschichtungstechnologien eingesetzt werden kann.“ In dem dreijährigen Forschungsprojekt, das im Rahmen des EU-Projekts “BreadCell” mit 810.000 Euro gefördert wird, soll laut Kopacic “ein grundlegendes Verständnis für die Wechselwirkungen zwischen Papier, Biopolymer und Sprühprozess entstehen. ” Auf diese Weise solle die Basis geschaffen werden, kunststofffreie und recyclebare Papierverpackungen künftig auf noch breiterer Basis zu produzieren und einzusetzen.
Nicht nur Verpackungsmaterial
Neben neuartigen Verpackungsmaterialien stehen bei “BreadCell” verschiedene weitere Projekte im Fokus. So Beispiel die Entwicklung von Polymerschäumen aus Cellulose, die ohne Kunststoff gefertigt werden, für umweltfreundliche Leichtbau-Materialien auf Holz- bzw. Cellulosebasis. Hier wollen Forscher der TU Graz, der Universität Wien, der Fundacion Tecnalia Research & Innovation und der Bionanonet Forschungsgesellschaft mbH unter Leitung der Chalmers University of Technology eine radikal neue Technologie zur Herstellung umweltfreundlicher Leichtbau-Materialien auf Holz- bzw. Cellulosebasis entwickeln.
Momentan bestehen die Leichtbau-Materialien, die beispielsweise für Sicherheitskomponenten in Autos oder für leichte, robuste und widerstandsfähige Sportgeräte eingesetzt werden, aus synthetischen Polymeren. “Wir wollen Alternativen anbieten und arbeiten an nachhaltigen Cellulose-Schäumen, die die bestehenden Verbundwerkstoffe ersetzen sollen“, erklärt Assoc. Prof. Stefan Spirk. Unterstütz wird das Projekt von Hermann Steffan und Florian Feist vom Institut für Fahrzeugsicherheit, die ihre Erfahrung auf dem Gebiet der crashsicheren Werkstoffe einbringen.
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