Umweltfreundliche Produktion von Kunststoffen
Der Alltag der heutigen Gesellschaft ist durch einen starken Gebrauch von kunststoffbasierten Produkten geprägt, wobei jedoch die Herstellung von Gummi- und Kunststoffwaren enorm ressourcenintensiv ist und damit maßgeblich zur Erhöhung der globalen Treibhausgasemission beiträgt. Um das von der EU vorgegebene Ziel der Klimaneutralität bis 2050 zu erreichen, sind daher erhebliche Maßnahmen zur Senkung des CO2-Ausstoßes notwendig. Ein zentraler Ansatz zur Dekarbonisierung der kunststoffverarbeitenden Industrie ist die Steigerung der Energie- und Ressourceneffizienz in der Produktion sowie in allen Lebensphasen technischer Produkte. Dazu zählen unteranderem die Entwicklung nachhaltiger Produktionsstrategien zur Reduktion des Energieverbrauchs, der Emissionen und des Rohstoffeinsatzes sowie Materialsubstitutionen durch den Einsatz biogener Verbundstoffe. Derartige Verbundwerkstoffe bieten den Vorteil, dass sie vollständig oder teilweise aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen, wodurch sie weniger Energie und Ressourcen verbrauchen und gleichzeitig CO2 binden können. Aus diesem Grund gewinnen Verbundstoffe wie faserverstärkte Kunststoffe vor allem im Bereich des Leichtbaus zunehmend an Marktanteil. Verstärkt rücken dabei neben technischen Fasern (Glas, Carbon, Aramid) auch Naturfasern aus biogenen Quellen (Flachs, Hanf, Jute, Holz) in den Fokus.
Daher entwickelt die Forschungsgruppe EMProBio „Energie- und materialeffiziente Produktionsprozesse für biogene Kunststoffe“ am Thüringer Zentrum für Maschinenbau* (ThZM) gemeinsam mit fünf Partnereinrichtungen innovative Technologien und Prozesse zur Verarbeitung hochgefüllter Verbundwerkstoffe mit Naturfasern und polymerer Matrix (biogene Kunststoffe). Hierbei soll der Fokus vorrangig auf kommerziell erhältlichen Materialien liegen, um praxisnahe Anwendungen für kunststoffverarbeitende KMUs in Thüringen zu schaffen. Die Forschungsgruppe setzt sich aus Wissenschaftlern der fünf Zentrumspartnern des ThZM, aus wissenschaftlichem Nachwuchs sowie einem Industriebeirat aus Unternehmen der Kunststoffbranche und Nachhaltigkeitsexperten zusammen.
* Das Thüringer Zentrum für Maschinenbau (ThZM) ist ein im Jahr 2013 ins Leben gerufenes Projekt von fünf Forschungseinrichtungen in Thüringen: Technische Universität Ilmenau, Hochschule Schmalkalden, Ernst-Abbe-Hochschule Jena, Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung e. V. (GFE) und Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung GmbH (ifw).
Zielstellung
Gemeinsam sollen im Rahmen des Projektes fundierte wissenschaftliche Erkenntnisse bezüglich der Verarbeitung biogener Kunststoffe erlangt werden, indem die Veränderungen der Werkstoffeigenschaften durch die Zugabe von Naturfaser und Additiven intensiv untersucht werden. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse und Besonderheiten können so bei der Entwicklung neuer angepasster Techniken in den Bereichen Urformen, Trennen und Fügen (z.B. Spritzgießverfahren, additive Fertigung) mitberücksichtigt werden. Zur Erreichung der Arbeitsziele soll sich während der Projektlaufzeit stark an der realen Produktionskette eines Fahrzeuginterieur-Bauteils orientiert werden. Das bedeutet, dass die Kunststoffteile mittels granulatbasierter Extrusion und Spritzguß hergestellt, im nächsten Schritt durch eine Klebe- und Schraubverbindung mit einem dünnwandigen metallischen Blech zu einer Baugruppe gefügt. Durch bildbasierte Messverfahren sollen die eingesetzten Verfahren und Prozesse analysiert und optimiert werden. Weiterhin wird der Ressourcenverbrauch untersucht und hinsichtlich Energie- und Materialeffizienz angepasst.
Die Forschungsergebnisse sollen nicht nur Unternehmen in Thüringen zugutekommen, sondern auch einen Beitrag zur globalen Transformation der Kunststoffproduktion leisten. Mit biogenen Verbundwerkstoffen könnten neue Standards in der Industrie gesetzt werden, die den Weg für eine klimafreundliche Wirtschaft ebnen.
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04.03.04
