Abschlussbericht zum FH-Impuls: LaNDER³ - Impulsprojekt 6 Technologie naturfaserbasierter, biodegradierbarer Alltags- und Einwegprodukte

Abstract

In der Umwelt freigesetzte, mineralölbasierte Kunststoffe schädigen die Biosphäre nachhaltig über viele Generationen. Eine sinnvolle Lösung zur Vermeidung der stetig zunehmenden, globalen und unkontrollierten Verteilung von Makro- sowie Mikroplastik besteht darin, komplett biodegradierbare Verbrauchsgüter auf Basis nachwachsender Rohstoffe zu produzieren. Die Technologiepartnerschaft LaNDER3 entwickelt seit dem Start im Jahr 2017 Verfahren zur Herstellung von Produkten auf Basis von Naturfasern und berücksichtigt dabei alle Aspekte der Nachhaltigkeit entlang der Produktions- und Wertschöpfungsketten. Derzeit gibt es kaum bzw. keine wirtschaftlichen, nachhaltigen und massenmarkttauglichen Verfahren zur Produktion von vollständig biobasierten und bioabbaubaren Produkten unter direkter Nutzung von Reststoffen aus der Agrarwirtschaft (d.h. ohne Extraktion von Cellulosefasern in Verfahren ähnlich der Papierherstellung). Der Forschungs- und Entwicklungsbedarf im Vorhaben lag daher in der Aufarbeitung und Konditionierung der Naturfasern aus Restbiomassen – exemplarisch wurden SpreuStroh bzw. Bananenscheinstämme genutzt. Neben der Erreichung von Formstabilität sind auch Wasser-, und in gewissen Rahmen auch Ölbeständigkeit notwendige Eigenschaften, die die Materialien haben müssen. Die entstehenden Produkte sollen dennoch in Kompostieranlagen als auch in der Umwelt verrotten können. Herausforderungen des Projekts waren sowohl die nötige Aufarbeitung der Bananenscheinstämme zu verarbeitbaren Material (für SpreuStroh war dies nicht nötig), die Optimierung der Zusammensetzung der Compounds (Menge und Art des Bindemittels), die Beschichtung der Materialien um eine Wasser und/oder Ölbeständigkeit zu erreichen sowie der Nachweis der Bioabbaubarkeit. Untersuchungen zur möglichen Skalierung standen ebenso an. Dazu sollte vor allem die Möglichkeit die Compounds unter höherem Druck in Formpressverfahren zu formen untersucht werden – was bei wasserhaltigen Systemen nicht trivial ist. Datei-Upload durch TIB Mineral-oil-based plastics released into the environment cause lasting damage to the biosphere for many generations. A sensible solution for avoiding the constantly increasing, global and uncontrolled distribution of macro- and microplastics is to produce completely biodegradable consumer goods based on renewable raw materials. Since its launch in 2017, the LaNDER3 technology partnership has been developing processes for manufacturing products based on natural fibers, taking into account all aspects of sustainability along the production and value chains. Currently, there are hardly any or no economically sustainable and mass-market-ready processes for the production of fully bio-based and biodegradable products that directly make use of agricultural residues (i.e. without extracting cellulose fibers in processes similar to paper production). The research and development needs in the project therefore lay in the processing and conditioning of natural fibers from residual biomasses – exemplarily, chaff straw and banana slabs were used. Next to the task of obtaining products with dimensional stability, water resistance and, to a certain extent, oil resistance are also necessary properties that the materials must have. Nevertheless, the resulting products should be able to decompose in composting plants as well as in the environment. The challenges of the project were the necessary processing of the banana stems into processable material (this was not necessary for chaff straw), the optimization of the composition of the compounds (quantity and type of binder), the coating of the materials to achieve water and/or oil resistance, and the proof of biodegradability. Investigations of possible up-scaling routines were also on the agenda. In particular, the possibility of molding the compounds under higher pressure in compression molding processes was to be investigated – which is not trivial for water-based systems due to uncontrolled cavitation and vaporization effects.