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Detaillierte Ökobilanzen für zukünftige Industrieprodukte6. August 2015
Sichere Motorradhelme – aus «Rüeblifasern»?
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Schnapsidee oder Erfolgsrezept? Häufig stehen Unternehmer vor solch einer Entscheidung. Lohnt es sich, den Produktionsprozess auf ein neues, ökologisch besseres Material umzustellen? Die Empa hat eine Analysemethode entwickelt, die es Firmen erlaubt, mögliche Szenarien theoretisch durchzuspielen – und so Fehlinvestitionen zu vermeiden. Ein Beispiel: Nanofasern aus Rüebliabfällen, die bei der Herstellung von Karottensaft anfallen. Mit ihnen lassen sich Kunststoffteile verstärken.

Motorradhelme bestehen aus faserverstärktem Kunststoff. Statt Glasfasern ist auch eine biologische Variante möglich: Pflanzenfasern, die bei der  Produktion von Karottensaft anfallen. Empa-Forscher können nun analysieren, ob eine solche Produktion ökologisch und ökonomisch Sinn macht – noch bevor in Produktionsanlagen investiert wird.
Bild: 4ever.eu, Fotomontage: Empa

Überall auf der Welt wird an biologisch abbaubaren und recyclingfähigen Kunststoffen geforscht. Doch faserverstärkte Bauteile bleiben weiterhin problematisch – wenn Glasfasern oder Kohlefasern verwendet werden. Die schottische Firma Cellucomp Limited hat nun im Rahmen eines EU-Forschungsprojekts eine Methode entwickelt, um Nanofasern aus Karottenabfällen zu gewinnen. Diese Fasern wären kostengünstig und zugleich biologisch abbaubar. Doch ist diese Methode, die im Labor funktioniert, auch in grossem Massstab marktfähig? Mit Hilfe der an der Empa entwickelten MPAS-Methode («Multi Perspective Application Selection») lässt sich identifizieren, in welchen Industriesektoren neue Materialien technisch und ökonomisch sinnvoll eingesetzt werden können. Zugleich wird bei MPAS die ökologische Seite dieser neuen Materialien berücksichtigt. Das Ergebnis in diesem Fall: Nanofasern aus Rüebliabfall können künftig beispielsweise in der Produktion von Motorradhelmen oder von Seitenwänden für Wohnmobile eingesetzt werden.

Analyse in drei Schritten
Um die Marktchancen eines neuen Materials abzuklären, gehen die Empa-Forscher Fabiano Piccinno, Roland Hischier und Claudia Som bei der MPAS-Methode in drei Schritten vor. Zunächst wird das Feld möglicher Anwendungen abgesteckt: Welche Anwendungen kommen aufgrund der technischen Eigenschaften in Frage und in welche Kategorien lassen sie sich einteilen? Kann das neue Material ein bestehendes ersetzen. Im zweiten Schritt geht es um die technische Machbarkeit und die Marktchancen: Sind die geforderten Materialeigenschaften mit dem technischen Prozess zu erreichen? Könnte die Produktqualität zwischen einzelnen Produktionschargen schwanken? Lässt sich der Laborprozess kostengünstig auf Industriemassstab hochskalieren? Ist das Material eher für den Low-Cost-Sektor oder für teure Luxusgüter geeignet? Und schliesslich: Entspricht das Produkt den gesetzlichen Normen und den Zertifizierungswünschen der Kunden? Im dritten Schritt wird schliesslich die Ökologie untersucht: Ist dieses neue Material für die identifizierten Produkte wirklich umweltfreundlicher – wenn alle Schritte von der Produktentstehung bis zum Recycling einberechnet werden? Auf welche Faktoren in der Produktion muss man besonders achten, um den Werkstoff möglichst umweltfreundlich herzustellen?

Industrieproduktion theoretisch durchkalkuliert
Mit dem MPAS-Ansatz ist man in der Lage, einzelne Szenarien einer zukünftigen Produktion recht genau durchzukalkulieren. So ist im Falle der Nanofasern aus Rüebliabfällen entscheidend, ob für deren Produktion fünf Tonnen frische Karotten oder aber 209 kg Karottentrester (Faserabfall aus der Saftpressung) als Ausgangsstoff dienen. Einen Einfluss auf die Produktionskosten hat die Frage, ob das Lösungsmittel am Ende rezykliert oder verbrannt wird. Und die Energiebilanz hängt davon ab, wie die Enzyme, die die Fasern aus den Karotten lösen, deaktiviert werden. Im Labor geschieht dies durch Hitze, für eine Industrieproduktion wäre der Einsatz von Bleichmitteln günstiger.

Fazit: sechs mögliche Anwendungen für «Rüebli-Fasern»
Für die Faserproduktion aus Karottenabfällen hat die MPAS-Analyse dem schottischen Hersteller Cellucomp Limited sechs mögliche Kundensegmente identifiziert, die es sich lohnt, genauer anzuschauen: Schutzausrüstungen und Geräte für den Freizeitsport, Sonderfahrzeuge, Möbel, Luxus-Verbrauchsgüter und industrielle Fertigung. Als Beispiele nannten die Forscher: Motorradhelme und Surfbretter, Seitenwände von Wohnmobilen, Esstische, High-End-Lautsprecherboxen und Produkt-Schutzmatten für marmorverarbeitende Betriebe. Ähnlich detaillierte Analysen lassen sich auch für andere erneuerbare Materialien erstellen – noch bevor viel Geld in Produktionsanlagen investiert ist.



Literaturhinweis
«Multi-perspective application selection: a method to identify sustainable applications for new materials using the example of cellulose nanofiber reinforced Composites», F. Piccinno, R. Hischier, C. Som, et al., Journal of Cleaner Production, 2015, DOI: 10.1016/j.jclepro.2015.06.105, http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652615008380


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