Holzwerkstoff- und Naturfaser-Technologien

Forschungsprojekt

Schäumen von Wood Polymer Composites (WPC) für den Einsatz als Bienenbeute

In Kooperation mit der Hochschule Osnabrück entwickeln wir einen neuen Werkstoff für Bienenbeuten als biobasierte Alternative und zur Optimierung anwendungsbezogener Eigenschaften und testen ihn auf Praxistauglichkeit. Die Entwicklung von schäumbaren WPC-Rezepturen auf Basis nachwachsender Rohstoffe soll den notwendigen Anforderungen einer Bienenbeute entsprechen und die Vorteile der bisher eingesetzten Materialien Holz und aufgeschäumtes Polystyrol vereinen sowie deren spezifische Nachteile minimieren. 

 

© Fraunhofer WKI | Andreas Hellmann
Bienenzarge mit WPC-Innenwandung für die Praxisversuche am Bienenvolk am LAVES Institut für Bienenkunde in Celle
© Fraunhofer WKI | Andreas Hellmann
Prüfkörper aus geschäumten WPC zur Prüfung der Druckeigenschaften
© Fraunhofer WKI | Andreas Hellmann
Thermographie-Bild an einem Bienenkasten aus Holz. Die erzeugte und notwendige Wärme im Bienenvolk dringt an den Seitenwänden der Zarge aus dem Bienenkasten aus und verlangt eine ständige Wärmeerzeugung im Bienenvolk. Der Energieträger zur Erzeugung dieser Wärme ist der Honig.

Bienenbeuten werden heutzutage weniger aus Holz, dem natürlichen Lebensraum der Honigbiene, hergestellt, sondern vielfach aus aufgeschäumten Polystyrol-Kunststoff.

Beide Materialien haben spezifische Vorteile, aber auch entscheidende Nachteile. Kunststoff verfügt über ein geringes Gewicht, sehr gute Isolationseigenschaften und eine gute Witterungsbeständigkeit. Auf der anderen Seite ist Holz ein nachhaltiger und ökologisch sinnvollerer Werkstoff sowie der natürliche Lebensraum der Honigbiene. Holz besitzt außerdem die Fähigkeit zu „atmen“, also Feuchtigkeit aufzunehmen und abzugeben, und erzeugt damit automatisch ein passendes Raumklima. Die sind Vorteile, die ein auf petrochemischen Ressourcen basierenden Kunststoffsystem nicht bieten kann. Dennoch hat sich Kunststoff auf dem Markt zunehmend durchgesetzt.

Die Vorteile von Holz und Kunststoff in einem Verbundwerkstoff zu vereinen und den Forderungen für die konkrete Anwendung als Bienenbeute nachzukommen, ist das Ziel dieses Forschungsprojektes.

Wood Polymer Composites (WPC) haben je nach eingesetzter Kunststoffmatrix und Zusammensetzung üblicherweise eine Dichte von 1,1 g/cm³ bis 1,3 g/cm³ und damit eine, im Vergleich zu Holz oder aufgeschäumten Polystyrol, hohe Dichte. Ein möglichst geringes Gewicht ist jedoch für die Handhabbarkeit einer Bienenbeute unbedingt erforderlich. Die Reduktion des Bauteilvolumens durch geringere Wandstärken wäre eine Möglichkeit, wirkt sich jedoch negativ auf die Isolationseigenschaften aus.

Die logische Schlussfolgerung ist, dass die Dichte des Bauteils reduziert werden muss, um ein geringes Gewicht und eine gute Isolationseigenschaft zu erzielen. Die daraus resultierenden Materialeigenschaften dürfen jedoch nicht dazu führen, dass das Material für den Einsatzzweck ungeeignet wird.

In diesem Projekt entwickeln wir entsprechende WPC-Rezepturen und prüfen ihre Eigenschaften. Die dazu verwendeten Rohstoffe sollen aus einem möglichst großen Anteil an nachwachsenden Rohstoffen bestehen. Somit werden für dieses Forschungsprojekt auch Biokunststoffe eingesetzt. 

Wir gehen in dem Projekt also in erster Linie der Frage nach, welche WPC-Rezepturen, welche Treibmittel und welche Verfahren sich eignen, um folgende Kriterien zu erfüllen:

  • Geringe Dichte / Minimales Gewicht
  • Mechanischen Festigkeiten
  • Gute Isolationseigenschaft / geringe Wärmeleitfähigkeit
  • Chemische Beständigkeit gegenüber in der Imkerei eingesetzten Medien
  • Witterungsstabilität für den Einsatz im Außenbereich
  • Akzeptanz des Bienenvolkes und Auswirkung auf die Entwicklung der Bienenvölker
  • Rückstände und Einfluss auf die Produkte der Imkerei
  • Umsetzungsmöglichkeit im Industriemaßstab

 

Die Rezepturen werden für die Spritzgießtechnologie und Extrusionstechnologie entwickelt, verarbeitet und geprüft. Im späteren Up-Scaling testen wir die industrielle Machbarkeit in Kooperation mit Industriepartnern.

© Fraunhofer WKI | Andreas Hellmann
Extrusion von aufgeschäumten WPC Prüfkörpern
© Fraunhofer WKI | Andreas Hellmann
Extrusion von aufgeschäumten WPC-Profilen. Die Schaumstruktur entsteht im Kern, die Außenwandung bleibt ungeschäumt. Man spricht in diesem Fall von Strukturschäumen.
© Fraunhofer WKI | Anja Gohla
Mikroskopieaufnahme am WPC-Schaum. Zu erkennen ist die ungeschäumte Außenhaut und die Schaumstruktur darunter.

Praxisversuch am Bieneninstitut

© LAVES Institut für Bienenkunde
Auffüllen der Versuchsbeuten mit Mittelwänden, an denen die Bienenvölker die Waben errichten
© LAVES Institut für Bienenkunde
Vorbereitung der Bienenkästen für das Einlogieren der Bienenvölker
© LAVES Institut für Bienenkunde
Vorbereite Kunstschwärme mit letztjähriger Königin und abgewogener Masse an Honigbienen
© LAVES Institut für Bienenkunde
Kunstschwärme sind in die Bienenkästen eingezogen
© LAVES Institut für Bienenkunde
Mit Bienen bezogene Versuchsbeuten vor dem Abtransport zum Versuchsstandort

Projektpartner

Hochschule Osnabrück

Naftex GmbH

Georg Utz GmbH

LAVES Institut für Bienenkunde Celle

Förderung

Fachagentur für nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR)

Förderkennzeichen: 22005113

Laufzeit: 1.8.2015 – 31.7.2017