Nachhaltige Materialentwicklung steht im Zentrum der modernen Bioökonomie und treibt Innovationen in zahlreichen Branchen voran. Von biobasierten Kunststoffen bis hin zu CO2-negativen Werkstoffen – die Forschung und Entwicklung nachhaltiger Materialien revolutioniert die Art und Weise, wie wir Produkte herstellen und konsumieren. Doch wer sind die treibenden Kräfte hinter diesen bahnbrechenden Entwicklungen? In diesem Artikel werfen wir einen Blick auf die wichtigsten Akteure und Innovationstreiber im Bereich nachhaltiger Materialien.
Innovationen in der Bioökonomie: Treiber nachhaltiger Materialentwicklung
Die Bioökonomie als Schlüsselkonzept für eine nachhaltige Zukunft setzt auf die Nutzung nachwachsender Rohstoffe und biologischer Prozesse. Im Bereich der Materialentwicklung eröffnet dies völlig neue Möglichkeiten, um ressourcenschonende und umweltfreundliche Alternativen zu konventionellen Werkstoffen zu schaffen. Forschungseinrichtungen, Industrieunternehmen und innovative Start-ups arbeiten Hand in Hand, um biobasierte Materialien zu entwickeln, die nicht nur ökologisch vorteilhaft sind, sondern auch höchsten technischen Anforderungen genügen.
Ein zentraler Aspekt der Bioökonomie ist die Kreislaufwirtschaft, bei der Materialien am Ende ihres Lebenszyklus wiederverwertet oder biologisch abgebaut werden können. Dies erfordert ein völlig neues Denken in der Materialentwicklung, bei dem der gesamte Lebenszyklus eines Produkts von Anfang an berücksichtigt wird. Innovative Ansätze wie das Design for Recycling oder die Entwicklung kompostierbarer Materialien gewinnen daher zunehmend an Bedeutung.
Die Herausforderungen bei der Entwicklung nachhaltiger Materialien sind vielfältig. Neben der technischen Machbarkeit müssen auch ökonomische Aspekte berücksichtigt werden, um eine breite Marktakzeptanz zu erreichen. Zudem gilt es, regulatorische Anforderungen zu erfüllen und die Verfügbarkeit von Rohstoffen sicherzustellen. Trotz dieser Herausforderungen zeigen die Fortschritte der letzten Jahre, dass nachhaltige Materialentwicklungen immer mehr an Fahrt aufnehmen.
Führende Forschungsinstitute im Bereich nachhaltiger Materialien
Forschungsinstitute spielen eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung nachhaltiger Materialien, indem sie Grundlagenforschung betreiben und neue Konzepte erarbeiten. In Deutschland gibt es mehrere renommierte Institute, die sich intensiv mit diesem Thema beschäftigen.
Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP)
Das Fraunhofer IAP ist führend in der Entwicklung biobasierter und biologisch abbaubarer Polymere. Die Forschenden arbeiten an innovativen Materialien wie Cellulose-Nanofasern oder Bioplastiken aus Lignin. Ein Schwerpunkt liegt auf der Verbesserung der mechanischen und thermischen Eigenschaften dieser Materialien, um sie für industrielle Anwendungen attraktiv zu machen.
Ein besonders vielversprechender Ansatz des IAP ist die Entwicklung von Smart Materials, die auf äußere Reize reagieren können. Diese könnten beispielsweise in der Verpackungsindustrie eingesetzt werden, um die Haltbarkeit von Lebensmitteln zu verlängern oder Frischegrad anzuzeigen.
Karlsruher Institut für Technologie (KIT): Biobasierte Werkstoffe
Am KIT forscht man intensiv an biobasierten Werkstoffen, die fossile Rohstoffe ersetzen sollen. Ein Fokus liegt auf der Entwicklung von Faserverbundwerkstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen wie Hanf oder Flachs. Diese Materialien könnten in Zukunft in der Automobilindustrie oder im Bauwesen eingesetzt werden, um den CO2-Fußabdruck deutlich zu reduzieren.
Darüber hinaus arbeitet das KIT an der Optimierung von Bioraffinerien, um die Gewinnung von Rohstoffen für biobasierte Materialien effizienter zu gestalten. Hierbei wird der gesamte Prozess von der Biomasse bis zum Endprodukt betrachtet, um Ressourcen optimal zu nutzen und Abfälle zu minimieren.
Helmholtz-Zentrum Hereon: Nachhaltige Polymerkomposite
Das Helmholtz-Zentrum Hereon konzentriert sich auf die Entwicklung nachhaltiger Polymerkomposite für den Leichtbau. Die Forschenden arbeiten an Materialien, die nicht nur leicht und stabil sind, sondern auch recycelbar oder biologisch abbaubar. Ein innovativer Ansatz ist die Verwendung von Naturfasern wie Flachs oder Hanf in Kombination mit biobasierten Kunststoffen.
Ein besonderer Fokus liegt auf der Entwicklung von selbstheilenden Materialien. Diese können kleinere Schäden selbstständig reparieren, was die Lebensdauer von Produkten erheblich verlängern und somit Ressourcen schonen kann. Die Forscher arbeiten daran, diese Technologie für verschiedene Anwendungen, von Fahrzeugkarosserien bis hin zu Windkraftanlagen, nutzbar zu machen.
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden (IPF)
Das IPF in Dresden ist führend in der Entwicklung funktionaler Polymermaterialien. Ein Schwerpunkt liegt auf der Erforschung von Biopolymeren und deren Modifikation für spezifische Anwendungen. Die Wissenschaftler arbeiten beispielsweise an bioabbaubaren Hydrogelen für medizinische Anwendungen oder an leitfähigen Polymeren für die Elektronik.
Ein innovatives Projekt des IPF ist die Entwicklung von adaptiven Materialien, die ihre Eigenschaften je nach Umgebungsbedingungen verändern können. Diese könnten beispielsweise in intelligenten Verpackungen eingesetzt werden, die sich an Temperatur- oder Feuchtigkeitsänderungen anpassen und so den Inhalt optimal schützen.
Die Forschung an nachhaltigen Materialien erfordert einen interdisziplinären Ansatz, bei dem Chemie, Biologie, Physik und Ingenieurwissenschaften eng zusammenarbeiten. Nur so können wir die komplexen Herausforderungen der Zukunft meistern und wirklich innovative Lösungen entwickeln.
Industrielle Vorreiter in der Entwicklung nachhaltiger Materialien
Neben Forschungsinstituten sind es vor allem innovative Industrieunternehmen, die nachhaltige Materialentwicklungen vorantreiben und in marktreife Produkte umsetzen. Einige der führenden Unternehmen in diesem Bereich sind:
BASF SE: ChemCycling-Projekt für Kunststoffrecycling
BASF, als einer der weltweit größten Chemiekonzerne, setzt mit seinem ChemCycling-Projekt neue Maßstäbe im Bereich des chemischen Recyclings von Kunststoffen. Durch einen innovativen Prozess werden Kunststoffabfälle in ihre chemischen Grundbausteine zerlegt und können so zur Herstellung neuer Produkte verwendet werden. Dies ermöglicht ein Closed-Loop-Recycling auch für bisher schwer recycelbare Kunststoffe.
Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Entwicklung von drop-in -Lösungen, die ohne Anpassungen in bestehende Produktionsprozesse integriert werden können. So können recycelte Materialien schnell und kosteneffizient in den Markt eingeführt werden, was die Akzeptanz und Verbreitung nachhaltiger Materialien fördert.
Covestro AG: CO2-basierte Polyole
Covestro hat mit der Entwicklung CO2-basierter Polyole einen Durchbruch in der nachhaltigen Materialherstellung erzielt. Durch die Nutzung von CO2 als Rohstoff für die Produktion von Kunststoffen kann nicht nur der Verbrauch fossiler Ressourcen reduziert, sondern auch aktiv CO2 aus der Atmosphäre gebunden werden. Dies stellt einen wichtigen Beitrag zur Bekämpfung des Klimawandels dar.
Die CO2-basierten Polyole finden bereits Anwendung in der Herstellung von Schaumstoffen für Matratzen und Polstermöbel. Covestro arbeitet kontinuierlich daran, das Einsatzspektrum zu erweitern und den CO2-Anteil in den Produkten zu erhöhen, um den ökologischen Fußabdruck weiter zu reduzieren.
Evonik Industries: VESTAMID Terra biobasierte Polyamide
Evonik hat mit VESTAMID Terra eine Reihe biobasierter Polyamide entwickelt, die auf nachwachsenden Rohstoffen wie Rizinusöl basieren. Diese Materialien zeichnen sich durch hervorragende mechanische Eigenschaften aus und können in vielen Anwendungen konventionelle, erdölbasierte Kunststoffe ersetzen.
Ein besonderer Vorteil der VESTAMID Terra Produkte ist ihre Kaskadennutzung. Die verwendeten Pflanzen dienen zunächst der Nahrungsmittelproduktion, bevor die Reststoffe für die Herstellung der Polyamide genutzt werden. Dies trägt zu einer effizienten Ressourcennutzung bei und vermeidet Konkurrenzen zur Nahrungsmittelproduktion.
Lenzing AG: TENCEL Lyocell-Fasern aus Holz
Die Lenzing AG hat mit ihren TENCEL Lyocell-Fasern eine nachhaltige Alternative zu konventionellen Textilfasern geschaffen. Die Fasern werden aus Holz gewonnen und in einem geschlossenen Produktionskreislauf hergestellt, bei dem fast alle verwendeten Chemikalien zurückgewonnen und wiederverwendet werden. Dies macht TENCEL zu einem der umweltfreundlichsten Textilfasern auf dem Markt.
Besonders innovativ ist der Einsatz von Refibra -Technologie, bei der recycelte Baumwollabfälle in den Produktionsprozess integriert werden. So können auch Textilabfälle in hochwertige neue Fasern umgewandelt werden, was einen wichtigen Beitrag zur Kreislaufwirtschaft in der Textilindustrie leistet.
Die Industrie spielt eine Schlüsselrolle bei der Transformation hin zu nachhaltigen Materialien. Nur wenn es gelingt, innovative Lösungen in großem Maßstab und zu wettbewerbsfähigen Preisen herzustellen, können wir einen echten Wandel in Richtung Nachhaltigkeit erreichen.
Start-ups als Innovationstreiber für nachhaltige Materialien
Neben etablierten Forschungseinrichtungen und Industrieunternehmen spielen innovative Start-ups eine zunehmend wichtige Rolle bei der Entwicklung nachhaltiger Materialien. Ihre Agilität und ihr unkonventionelles Denken führen oft zu bahnbrechenden Lösungen. Hier sind einige vielversprechende Beispiele:
Made of Air: CO2-negative Thermoplaste
Das Berliner Start-up Made of Air hat ein revolutionäres Material entwickelt, das nicht nur CO2-neutral, sondern sogar CO2-negativ ist. Das Unternehmen nutzt Pflanzenkohle, die durch Pyrolyse von Pflanzenabfällen gewonnen wird, als Basis für ihre Thermoplaste. Dieser Prozess bindet CO2 langfristig und entzieht es so der Atmosphäre.
Die Anwendungsmöglichkeiten für dieses innovative Material sind vielfältig. Von Automobilteilen bis hin zu Fassadenelementen im Bauwesen – überall dort, wo bisher konventionelle Kunststoffe eingesetzt werden, könnte in Zukunft das CO2-negative Material von Made of Air zum Einsatz kommen. Das Start-up arbeitet eng mit Industriepartnern zusammen, um die Skalierung und Markteinführung voranzutreiben.
Cirplus: Digitaler Marktplatz für recycelte Kunststoffe
Cirplus hat einen innovativen Ansatz gewählt, um die Kreislaufwirtschaft im Bereich Kunststoffe zu fördern. Das Start-up betreibt einen digitalen Marktplatz, der Anbieter von Recycling-Kunststoffen mit potenziellen Abnehmern zusammenbringt. Durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz und Blockchain-Technologie wird die Qualität und Herkunft der Materialien transparent und nachvollziehbar gemacht.
Diese Plattform erleichtert es Unternehmen, hochwertige recycelte Kunststoffe zu finden und einzusetzen. Dadurch wird nicht nur der Einsatz von Primärkunststoffen reduziert, sondern auch die Nachfrage nach Recyclingmaterialien gestärkt, was wiederum Investitionen in Recyclingtechnologien fördert.
Lignopure: Ligninbasierte Biomaterialien
Das Hamburger Start-up Lignopure hat sich auf die Entwicklung von Materialien aus Lignin spezialisiert. Lignin ist ein Nebenprodukt der Papierindustrie und fällt in großen Mengen an, wurde bisher aber hauptsächlich zur Energiegewinnung verbrannt. Lignopure hat Verfahren entwickelt, um aus diesem Rohstoff hochwertige Biomaterialien herzustellen.
Die ligninbasierten Materialien von Lignopure können in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, von Verpackungen über Kosmetik bis hin zu Baustoffen. Ein besonderer V
orteil der ligninbasierten Materialien ist ihre natürliche Abbaubarkeit, was sie zu einer nachhaltigen Alternative zu erdölbasierten Kunststoffen macht. Lignopure arbeitet eng mit der Industrie zusammen, um maßgeschneiderte Lösungen für verschiedene Anwendungsbereiche zu entwickeln.
Start-ups bringen oft den nötigen Innovationsgeist und die Risikobereitschaft mit, um völlig neue Ansätze in der nachhaltigen Materialentwicklung zu verfolgen. Ihre Agilität ermöglicht es ihnen, schnell auf Marktbedürfnisse zu reagieren und unkonventionelle Ideen umzusetzen.
Staatliche Förderprogramme und Initiativen
Die Entwicklung nachhaltiger Materialien wird auch durch verschiedene staatliche Programme und Initiativen vorangetrieben. Diese spielen eine wichtige Rolle bei der Finanzierung von Forschungsprojekten und der Förderung von Innovationen in diesem Bereich.
Bundesministerium für Bildung und Forschung: Bioökonomie-Strategie
Das BMBF hat mit seiner Bioökonomie-Strategie einen umfassenden Rahmen für die Förderung biobasierter Innovationen geschaffen. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Entwicklung nachhaltiger Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen. Durch gezielte Förderprogramme werden Forschungsprojekte unterstützt, die sich mit der Entwicklung biobasierter Kunststoffe, Faserverbundwerkstoffe oder intelligenter Materialien befassen.
Ein Beispiel ist das Programm „Neue Produkte für die Bioökonomie“, das die Entwicklung marktnaher Produkte und Verfahren fördert. Hierbei werden insbesondere Projekte unterstützt, die auf eine Kaskadennutzung von Biomasse abzielen und so zu einer effizienten Ressourcennutzung beitragen.
EU Horizon Europe: Circular Economy Action Plan
Auf europäischer Ebene ist der Circular Economy Action Plan im Rahmen des Forschungsprogramms Horizon Europe ein wichtiger Treiber für nachhaltige Materialentwicklungen. Der Plan zielt darauf ab, die Kreislaufwirtschaft in der EU zu fördern und den Übergang zu einer ressourceneffizienten Wirtschaft zu beschleunigen.
Ein Schwerpunkt liegt auf der Förderung von Projekten, die sich mit dem Design for Circularity befassen. Dabei geht es darum, Produkte von Anfang an so zu konzipieren, dass sie leicht recycelt oder wiederverwendet werden können. Dies erfordert oft die Entwicklung neuer Materialien und Verbindungstechniken, die eine einfache Demontage und Stofftrennung ermöglichen.
Deutsche Bundesstiftung Umwelt: Förderschwerpunkt Ressourceneffizienz
Die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) hat Ressourceneffizienz als einen ihrer Förderschwerpunkte definiert. In diesem Rahmen werden Projekte unterstützt, die innovative Ansätze zur Entwicklung nachhaltiger Materialien und ressourcenschonender Produktionsprozesse verfolgen.
Ein besonderer Fokus liegt auf der Förderung von kleinen und mittleren Unternehmen sowie Start-ups, die oft als Innovationstreiber fungieren. Die DBU unterstützt beispielsweise Projekte zur Entwicklung biobasierter Verpackungsmaterialien oder zur Optimierung von Recyclingprozessen für komplexe Verbundmaterialien.
Internationale Kooperationen in der Materialforschung
Die Entwicklung nachhaltiger Materialien erfordert oft die Bündelung von Expertise aus verschiedenen Ländern und Disziplinen. Internationale Kooperationen spielen daher eine wichtige Rolle bei der Förderung von Innovationen in diesem Bereich.
European Technology Platform for Sustainable Chemistry (SusChem)
SusChem ist eine europäische Technologieplattform, die Akteure aus Industrie, Akademie und Politik zusammenbringt, um gemeinsam Innovationen im Bereich der nachhaltigen Chemie voranzutreiben. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Entwicklung neuer Materialien und Prozesse für eine Kreislaufwirtschaft.
SusChem fördert den Wissensaustausch zwischen verschiedenen Sektoren und initiiert länderübergreifende Forschungsprojekte. Ein Beispiel ist die Entwicklung von smart materials für energieeffiziente Gebäude, bei der Experten aus der Chemie, Materialwissenschaft und Baubranche zusammenarbeiten.
International Sustainable Chemistry Collaborative Centre (ISC3)
Das ISC3 mit Sitz in Bonn ist ein internationales Zentrum für nachhaltige Chemie und Kreislaufwirtschaft. Es fungiert als Plattform für den globalen Austausch von Wissen und Best Practices im Bereich nachhaltiger Materialien und Produktionsprozesse.
Ein wichtiger Fokus des ISC3 liegt auf der Förderung von Innovationen in Entwicklungs- und Schwellenländern. Durch Capacity-Building-Programme und gezielte Unterstützung von Start-ups trägt das Zentrum dazu bei, nachhaltige Materialinnovationen auch in Regionen voranzutreiben, die bisher weniger im Fokus der Forschung standen.
Bio-based Industries Consortium (BIC)
Das BIC ist eine europäische Public-Private-Partnership, die darauf abzielt, Investitionen in die biobasierte Industrie zu fördern. Ein Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung neuer Wertschöpfungsketten für biobasierte Materialien, von der Rohstoffgewinnung bis zum Endprodukt.
BIC initiiert und koordiniert große, länderübergreifende Forschungsprojekte, die oft die gesamte Wertschöpfungskette abdecken. Ein Beispiel ist die Entwicklung von Hochleistungs-Biokunststoffen aus Lignocellulose, bei der Forscher und Unternehmen aus verschiedenen europäischen Ländern zusammenarbeiten, um vom Rohstoff bis zum marktreifen Produkt innovative Lösungen zu entwickeln.
Internationale Kooperationen sind der Schlüssel, um die komplexen Herausforderungen bei der Entwicklung nachhaltiger Materialien zu meistern. Nur durch die Bündelung von Expertise und Ressourcen können wir wirklich bahnbrechende Innovationen hervorbringen und diese global skalieren.