Kunststoffentwicklung | Neue Wege für die Kunststoffherstellung
Für den ressourceneffizienten Einsatz von Kunststoffen entwickelt das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik „Umsicht“ neue Werkstoffe. Dabei stehen Biokunststoffe, eine zirkuläre Kunststoffwirtschaft und Strategien zur Reduzierung von Makro- und Mikroplastik in der Umwelt im Fokus. Dieser Beitrag bietet fundierte Einblicke in die werkstofftechnische Entwicklungsarbeit – von bioinspirierten Materialansätzen bis hin zu industriell umsetzbaren Systemlösungen für die Energie- und Umwelttechnik.
Neue Materialien für nachhaltige Industrieanwendungen
Kunststoffe neu denken – da macht Fraunhofer Umsicht und entwickelt eine breite Palette an zukunftsweisenden Materiallösungen für nachhaltige Industrieanwendungen. Die Kunststoff-Neuentwicklungen reichen von biologisch abbaubaren Folien aus Lebensmittelresten über flammsichere Compounds und Kreislaufkonzepte für die Textilwirtschaft bis hin zu leitfähigen Polymerlösungen für Wasserstoffsysteme und Heizkomponenten. Im Fokus stehen praxisnahe, skalierbare Technologien, die ressourcenschonende Werkstoffkonzepte mit industrieller Verarbeitbarkeit verbinden und so eine funktionale, kreislauffähige und wirtschaftlich tragfähige Kunststoffindustrie von morgen ermöglichen.
Von biobasierter Folie bis Bipolarplatte
05.08.2025 | Auf der diesjährigen K Messe 2025 in Düsseldorf präsentiert das Fraunhofer-Institut Umsicht zukunftsweisende Werkstoffentwicklungen entlang der Wertschöpfungskette – von bioabbaubaren Folien bis hin zu leitfähigen Polymeren für die Wasserstoffwirtschaft. Der Messeauftritt fokussiert sich auf Lösungen für eine kreislaufgerechte, funktionale und wirtschaftlich tragfähige Kunststoffverarbeitung.
Biobasierte Folien aus Apfeltrester
Mit dem Exponat A Matter of Fruit zeigt Umsicht, wie Trester aus der Lebensmittelverarbeitung zu optisch und funktional vielseitigen biologisch abbaubaren Folien verarbeitet werden kann. Die Folien sind industriell herstellbar und eignen sich u. a. für den Einsatz als nachhaltiger Lederersatz oder die Innenraumgestaltung.
Je nach Verarbeitung variieren Haptik und Transparenz – von papierartig über lederähnlich bis transluzent. Designerin Verena Brom brachte ihre Start-up-Idee in eine von der Fraunhofer-Gesellschaft unterstützte Kooperation ein und leistete gemeinsam mit den Umsicht-Experten die Überführung in den industriellen Einsatz.
Gemüseanbau, Flammschutz und Kreislaufwirtschaft
Im Projekt zur Kunststoffentwicklung Huminmulch wurde eine biologisch abbaubare Agrarfolie mit integrierten Huminstoffen entwickelt, die nicht nur den Boden schützt, sondern auch gezielt Nährstoffe abgibt. Die Folie löst sich nach der Vegetationsperiode im Boden auf und leistet einen Beitrag zur Reduktion agrarischer Kunststoffabfälle bei gleichzeitiger Bodenverbesserung.
Die Suche nach halogenfreien Flammschutzmitteln für Textilien und Kunststoffe führte im Projekt Bio-Phy-FR zur Entwicklung eines biobasierten Flammschutzmittels auf Phytinsäure-Basis. Es bietet eine umweltverträgliche Alternative zu konventionellen FSM-Systemen und eignet sich für Anwendungen in der Gebäudetechnik, Automobil– und Elektronikindustrie.
Mit dem Projekt Klartext engagiert sich Fraunhofer Umsicht für eine zukunftsfähige Textilwirtschaft. Die Digitale Akteurskarte Textil demonstriert, wie Beteiligte aus Industrie, Forschung und Gesellschaft durch digitale Werkzeuge vernetzt werden, um gemeinsam eine sozial-ökologisch nachhaltige Wertschöpfung zu etablieren.
Polymerbasierte Bipolarplatten für Wasserstofftechnik
Ein Highlight im Bereich funktionaler Werkstoffe ist die Herstellung von ultradünnen, thermisch und elektrisch leitfähigen Polymerfolien mit dem patentierten Pulver-zu-Rolle-Verfahren. Diese bilden die Basis für ultradünne Bipolarplatten, wie sie in innovativen PEM-Brennstoffzellen oder Elektrolyseuren eingesetzt werden.
Mit Hilfe der Folien lassen sich Stacks verschweißen und dichtungsfrei bauen. Dichtelemente in dem Stack werden durch Schweißnähte ersetzt. Das reduziert anfällige Dichtflächen im Stack und verringert Produktionsausschuss. Weniger Komponenten im Stack und weniger Stapelvorgänge reduzieren den Montageaufwand.
Flächenheizelemente und Schrumpfschläuche mit Heizfunktion
Im Projekt Power2Heat-Compounds entstehen elektrisch leitfähige Polymerfolien für ressourcenschonende Heizlösungen. Durch gezielte Einstellung der Materialeigenschaften von flexibel bis steif lassen sich vielseitige Anwendungen realisieren, z. B. als Flächenheizelemente für technische Komponenten. Ergänzend stellt Umsicht heizfähige Schrumpfschläuche vor, die eine praxisnahe Alternative zu Heizbändern oder Heizdrähten bieten – insbesondere in der Lebensmittel- und Verfahrenstechnik.
Kunststoff Additive aus ungenießbarem Kaffeeöl
10.10.2022 | Im Projekt Inka gewinnen die Forschenden aus dem ungenießbaren Kaffeeöl ein wertvolles chemisches Zwischenprodukt. Die Kunststoffentwicklung eignet sich für die Herstellung von Kunststoff Additiven. Entölten Kaffeesatz nutzen sie als alternativen Rohstoff für die Papier- und Kartonindustrie. »Eine besondere Herausforderung bei unserem Projekt ist das Scale-up der Verfahrensschritte vom Labor zur industriellen Fertigung«, erklärt Inna Bretz, Abteilungsleiterin Zirkuläre und Biobasierte Kunststoffe des Fraunhofer Umsicht.
Bei der Produktion von Nahrungsmitteln ist es üblich, Einwegschutzbekleidung zu tragen, um Sicherheits- und Hygienevorschriften einzuhalten. Teile der Schutzbekleidung können in den Nahrungsmitteln landen und dort nicht detektiert werden. Das ist der Hintergrund des Projekts Detektpu zur Entwicklung eines Folienwerkstoffs auf Basis von thermoplastischen Polyurethanen (TPU) und röntgendetektierbaren Additiven. „Die bisherigen Projektergebnisse sind vielversprechend. Aktuell planen wir weitere Entwicklungsschritte mit unserem Projektpartner,« berichtet Christina Eloo, Gruppenleiterin Kunststoffentwicklung.
Technische Bauteile mit erhöhtem Brandrisiko erfordern flammgeschützte, wärmeformbeständige und schlagzähe Kunststoffe. Die Grenzen bei Biokunststoffen liegen allderdings beim Brandverhalten, einer ausreichenden Temperaturbeständigkeit oder Schlagzähigkeit. Im Rahmen des Projekts „Techplastic“ werden PLA-Compounds für langlebige Produkte anwendungs- und marktnah unter Berücksichtigung der jeweiligen Anforderungen und Kosten entwickelt.
Weitere Forschung gilt Kunststoffen mit angepasster Abbaubarkeit, die während der Nutzungsdauer die gewünschten Eigenschaften erfüllen wie Geotextilien oder Mulchfolien. Zur Untersuchung und Bewertung der Eigenschaftsänderungen von Kunststoffen während der Alterung durch Umwelteinflüsse stellen die Forschenden im Labor die Bedingungen so anwendungsnah wie möglich ein. Dazu können je nach Produkt verschiedene Substrate wie Kompost, Erde oder Wasser verschiedene Temperaturen und UV-Licht eingesetzt werden.
