Holz-Schaumstoff mit Hefe herstellen

Bisher sind für viele leichte und dämmende Anwendungen geschäumte Kunststoffe der Werkstoff der Wahl. Diese bestehen noch hauptsächlich aus nicht abbaubaren Polymeren.  An einer nachhaltigen Alternative arbeiten die Beteiligten des EU-Projekt „Bread-Cell“. Basis des neuen Holz-Schaumstoffs wird Cellulose sein, die mit Hilfe von Hefen aufgeschäumt wird.

Das EU-Projekt “BreadCell – Upgrading of cellulose fibers into porous materials” läuft seit April 2021 im Rahmen von Horizon und endet im März 2025. Die Technische Universität Chalmers (Schweden), die Technische Universität Graz, die Universität Wien, Fundacion Tecnalia Research & Innovation (Spanien) und die Bionanonet Forschungsgesellschaft mbH (Österreich), sind als Projektpartner miteingebunden.

Die Herstellung biobasierter Materialien (hier im Bild: Schaum aus mikrofibrillärer Cellulose) steht im Zentrum des Forschungsinteresses am Institut für Biobasierte Produkte und Papiertechnik. (Quelle: TU Graz | BPTI)

Im Rahmen dieses Projekts wollen die Beteiligten eine neue Technologie zum Herstellen poröser leichter Materialien mit geringer Dichte entwickeln. Das Ziel ist ein Schäumprozess für cellulosebasierten Rohstoffe und die Weiterverarbeitung in hochwertige, energieabsorbierende und leichte Verbundwerkstoffe. Mögliche Anwendungen sind breit gestreut und finden sich im Bauwesen ebenso wie in der Sport- und Freizeitindustrie oder der Verpackung.

Als nachwachsende Ressource hat die Rohstoffquelle Holz im Stemmen gegen den Klimawandel großes Potential. Es bindet pro Kubikmeter rund eine Tonne Kohlenstoff und ist als Cellulose-Reservoir deshalb häufig eine umweltfreundliche Alternative zu fossilen Rohstoffen.

“Biologisch schäumen heißt in unserem Fall, dass wir Hefe nutzen. Dabei bedienen wir uns eines Prozesses aus einer der ältesten Kulturtechniken, dem Brotbacken. Das Prinzip ist ganz ähnlich: Hefe produziert CO2, das wiederum den Zucker aus dem Teig abbaut und dadurch diesen schäumt. In unserem Fall ist der Teig die Cellulose.”
Alexander Bismarck, Institut für Materialchemie, Universität Wien.

Doch die normale Cellulose wird von Hefen nicht angegriffen, weshalb als Ausgangsstoff nun sogenannte Hemicellulosen verwendet werden, und eine speziell gezüchtete Hefe das Aufschäumen übernimmt. Nach Aussagen der Forschenden könnte dieser Celluloseschaum langfristig viele Kunststoffe ersetzen. Doch bis dahin muss noch einiges an Forschungsarbeit in die Materialentwicklung investiert werden. Denn für eine industrielle Anwendung sind reproduzierbare Eigenschaften und eine definierte Materialqualität unabdingbar.

“Wir wollen den Celluloseschaum in eine bestimmte Breite bekommen, mit so wenig Gewicht pro Volumen wie möglich; gleichzeitig muss das Material immer noch mechanische Eigenschaften, wie z.B. eine bestimmte Stabilität, besitzen.”
Alexander Bismarck, vom Institut für Materialchemie der Universität Wien.

Die Forschenden haben sich zum Ziel gesetzt, am Ende des Projekts in fünf Jahren, mindestens einen Material-Prototypen zu haben, der alle nötigen Eigenschaften an Dichte und Funktionalität aufweist. Mit einem Industriepartner soll dann der erneuerbare Polymerschaum aus Cellulose in Sandwich Composites getestet werden.

“Wir wollen Alternativen zu synthetischen Polymeren für Leichtbau-Materialien anbieten und arbeiten an nachhaltigen Cellulose-Schäumen, die die bestehenden Verbundwerkstoffe ersetzen sollen.“
Assoc. Prof. Stefan Spirk, TU Graz

Das Projekt wird von Hermann Steffan und Florian Feist vom Institut für Fahrzeugsicherheit, der TU Graz untestützt, die ihre Erfahrung auf dem Gebiet der crashsicheren Werkstoffe einbringen und einen klaren Fokus auf die industrielle Umsetzung legen.

An geschäumten Werkstoffvarianten auf Holz-Basis arbeiten weitere Forschungskooperationen:

Bild oben: Spezielle Hefen könnten in Zukunft aus Hemicellulose industrielle anwendbare Schaumstoffe auf Cellulosebasis herstellen, die ähnlich luftig, locker und leicht sind wie ein Hefezopf. (Quelle: Pixabay | hermann)


Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung Wien, Pressemitteilung Graz, Innovation Origins Bericht 1, Innovation Origins Bericht 2, Konstruktionspraxis

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