Zentrum für leichte und umweltgerechte Bauten ZELUBA®

Forschungsprojekt

ecoSUP – Leichtbau-Sandwichelement aus naturfaserverstärktem Biokunststoff und recyceltem Balsaholz

Leichtbau-Werkstoffe sind umweltfreundlich, da man für den Transport und die Herstellung weniger Energie und Rohstoffe benötigt. Herkömmliche Leichtbaumaterialien basieren auf fossilen Ressourcen. Am Beispiel eines Stand-up-Paddleboards entwickeln wir ein Leichtbau-Sandwichelement aus nachwachsenden Rohstoffen. Für den Kern nutzen wir Balsaholz aus ausgedienten Windenergie-Rotorblättern und bieten somit eine Lösung für deren hochwertige Wiederverwertung (Kaskadennutzung). Künftig könnte unser neues Bio-Verbundwerkstoff bei weiteren Wassersportgeräten, aber auch beim Bau von Gebäuden, Autos, Schiffen und Zügen zum Einsatz kommen.

Grafische Darstellung eine Stand-up-Paddleboards mit vier Ansichten: von oben, von der Seite, von unten und von vorne.
© Fraunhofer WKI I Christoph Pöhler
Das Stand-up-Paddleboard »ecoSUP« wird aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen.
Grafische Darstellung des Rumpfes eines Stand-up-Paddleboards.
© Fraunhofer WKI I Christoph Pöhler
Der Querschnitt durch das Paddleboard zeigt den Sandwich-Aufbau: Kern aus recyceltem Balsaholz mit einer Außenhülle aus naturfaserverstärktem Biokunststoff.

Als Demonstrationsobjekt und Ideenvermittler haben wir ein Stand-up-Paddleboard ausgewählt, da es hohe Anforderungen hinsichtlich mechanischer Festigkeit in Kombination mit Feuchte-, Salzwasser und UV-Beständigkeit erfüllen muss.

Gegenwärtig werden zur Produktion von Wassersportgeräten wie Surfbrettern erdölbasierte Materialien wie Epoxidharz, Polyesterharz, Polyurethan und expandiertes oder extrudiertes Polystyrol in Kombination mit Glas- und Carbonfasergeweben genutzt. Auch in anderen Wirtschaftsbereichen finden glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) einen kontinuierlich wachsenden Markt. Über die Branchengrenzen hinweg betrug der europäische Markt für GFK im Jahr 2018 rund 1,1 Millionen Tonnen und bietet somit ein hohes Einsparpotenzial an endlichen Ressourcen.

Unser Forschungsansatz besteht unter anderem darin, rezykliertes Balsaholz als Kern für den neuen Bio-Leichtbauwerkstoff einzusetzen und entsprechend zu modifizieren. Balsaholz ist in großen Mengen in Rotorblättern von Windenergieanlagen verbaut und fällt am Ende des Lebenszyklus der Rotorblätter als Abfall an. Im Sinne einer möglichst langen CO2-Bindung ist es sinnvoll, stoffliche Verwertungsmöglichkeiten für das Balsaholz zu finden, anstatt es thermisch zu verwerten, also einfach zu verbrennen. Durch die Weiterverwendung als Kernmaterial von Leichtbauwerkstoffen für Wassersportgeräte und weitere Anwendungen könnte das Balsaholz folglich stofflich recycelt werden.

Ergänzend entwickeln wir eine Außenhülle aus naturfaserverstärktem Biokunststoff (Bio-NFK). Hierbei konzentrieren wir uns auf den Einsatz von Flachfasern, da sie über vorteilhafte mechanische Eigenschaften verfügen und in Europa angebaut werden.   

Um die Konkurrenzfähigkeit gegenüber herkömmlichen Leichtbaumaterialien sicherzustellen, werden wir den neuen Bio-Hybridwerkstoff diversen Tests unterziehen. Er soll nicht nur ökologischer sein, sondern durch seine hohe spezifische Festigkeit auch technische Vorteile für Leichtbauanwendungen bieten.

Ziel ist es, den Bio-Hybridwerkstoff später auf weitere Bereiche des Wassersports sowie andere Branchen zu übertragen. Denkbar sind Anwendungen in der Bauindustrie, im Schiffbau, in der Automobil- und Bahnindustrie und darüber hinaus.

Insgesamt ergeben sich durch die Substitution der petrochemischen und mineralischen Komponenten durch nachwachsende und teilweise zusätzlich rezyklierte Rohstoffe hohe Einsparpotenziale hinsichtlich des Energiebedarfs sowie endlicher Ressourcen.

Mit unserem Projekt unterstützen wir den Aufbau einer biobasierten Wirtschaft (Bioökonomie).

Förderung

Fördermittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Förderkennzeichen: 031B0896

Projektträger: Projektträger Jülich (PTJ)

Laufzeit: 01.10.2019 bis 30.09.2020 (Sondierungsphase)