Ligninschaum:
Nachhaltiger Bio-Schaum aus Ligninsulfonat für PKW-Stoßfänger und weitere Anwendungen

Projektstart /

Der Holzbestandteil Lignin fällt in großen Mengen als Nebenprodukt bei der Zellstoff- und Papierherstellung an. Gemeinsam mit Industriepartnern entwickeln wir daraus einen hochleistungsfähigen Bio-Schaumstoff. Um das Marktpotenzial zu demonstrieren, wird der Ligninschaum im Projekt zu Formteilen für die Automobilindustrie verarbeitet. Diese sollen in PKW-Stoßfängern (»Stoßstangen«) als Kern zum Einsatz kommen. Auch in vielen anderen Anwendungen könnten petrochemische Schaummaterialien durch klimafreundliche Ligninschäume ersetzt werden – beispielsweise bei Verpackungen, Dämmstoffen oder als Kernmaterial in Windkraft-Rotorblättern.

Das Foto zeigt schwarzbraune, kneteartige Klumpen.
© Fraunhofer WKI | Manuela Lingnau
Pflanzlicher Ausgangsstoff für die Herstellung von nachhaltigem Schaummaterialien: Getrocknetes Ligninsulfonat.
Das Foto zeigt ein etwa 2,5 cm breites, karamellbraunes Schaumstoffstück mit deutlich sichtbaren Poren.
© Fraunhofer WKI
Erste Schäumversuche mit dem Ligninsulfonat am Fraunhofer WKI zeigten vielversprechende Ergebnisse.
Das Foto ein wenige Zentimeter großes, unregelmäßig geformtes, karamellbraunen Schaumstoffstücks mit feinen, leicht unregelmäßigen Poren und glatter Oberfläche.
© Fraunhofer WKI
Die Optimierung des Aufschäumverfahrens soll es ermöglichen, passgenaue Formteile aus Ligninschaum mit anwendungsspezifischen Eigenschaften herzustellen.

Der chemische Aufschluss von Pflanzenfasern liefert Zellstoff, der vorwiegend aus Cellulose besteht und zentraler Rohstoff der Papierherstellung ist. Je nach Aufschlussverfahren fallen dabei Kraft-Lignin, Soda-Lignin oder Ligninsulfonate als Nebenprodukt an. In Deutschland ist das Magnesiumbisulfit-Verfahren aufgrund seiner geringen Geruchsbelastung weit verbreitet. Die dabei entstehenden Ligninsulfonate wurden daher als Rohstoffquelle für dieses Forschungsvorhaben ausgewählt.

Bisher entwickelte »Ligninschäume« sind Polyurethanschäume, welche einen Anteil von max. 40 Prozent Lignin enthalten. Unser Ziel ist es, einen ausschließlich Lignin-basierten Schaum zu entwickeln. Im Hinblick auf die wirtschaftliche Konkurrenzfähigkeit zu petrochemischen Schäumen soll zudem eine kostenintensive Aufreinigung des Lignins vermieden werden. Das heißt: Wir entwickeln ein Verfahren zur Aufschäumung und zur Vernetzung von ungereinigten Ligninsulfonaten, bei dem die Reaktion nicht nachteilig von enthaltenen Störstoffen beeinflusst wird. Im Gegenteil: Andere Reststoffe des Pflanzenaufschlusses, wie nicht aufgeschlossene Faserbündel und Spuckstoffe, sollen gezielt zur Verstärkung des Schaumes eingesetzt werden.

Durch das Aufschäumverfahren und die gezielte Verstärkung soll eine passende Druckelastizität erzielt werden. Denn: Für den Einsatz des Ligninschaums in PKW-Stoßfängern ist es erforderlich, ihn zu einem gewissen Grad elastisch zu gestalten. Dadurch sinkt das Verletzungsrisiko für Fußgänger und Radfahrer.  

Um einen zu 100 Prozent biogenen Schaum zu erreichen, untersuchen wir außerdem, welche biobasierten Additive sich als Schäumungsreagenzien eignen.

Mit den Ergebnissen aus der Schaumentwicklung erfolgt anschließend bei den Industriepartnern die Konstruktion einer Formteil-Fertigungsanlage, die Stoßfängerkonstruktion sowie die Herstellung und Prüfung von Stoßfängern mit Ligninschaumkern als Technologie-Demonstratoren. 

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