C wie Kohlenstoff

Bereits 1941 schreibt das US-Fachmagazin „Popular Mechanics“ über einem Konstrukteur, der ein Fahrzeug aus Hanf baut. Das sogenannte „Hemp-Car“ („Hanf-Auto“) hat einen Stahlrahmen, besteht ansonsten zu 70 Prozent aus Sisal, Hanf und Weizenstroh und ist mit gerade mal 700 Kilo vergleichsweise ein Leichtgewicht. Diesem innovativen Werkstoff steht jedoch der „Marihuana Tax Act“ entgegen. Dieses Gesetz verteuert Hanf in den USA und lässt den Anbau im industriellen Stil unrentabel werden. Daraus hätte so viel mehr werden können: Schließlich handelt es sich bei dem Konstrukteur um Henry Ford.

Mehr Bio im Auto

Naturwerkstoffe spielen viele Jahre später wieder eine wesentliche Rolle im Automobil. So ersetzt Mercedes-Benz Mitte der 1990er Jahre den Kunststoff in den Türverkleidungen der E-Klasse durch Fasermatten aus Flachs und Sisal. 2013 setzt BMW im i3 nicht nur neue Akzente mit dem E-Antrieb, sondern auch mit auf Naturfasern basierenden Instrumententafeln und Türverkleidungen. Bereits 2017 hat das Braunschweiger Fraunhofer-Institut für Holzforschung begonnen, mit Partnern am „BioHybridCar“ zu arbeiten. Hierbei werden Naturfasern mit Carbon- und Glasfasern kombiniert. Aus den Bio-Verbundwerkstoffen möchten die Forscher Karosserieteile herstellen, die das Gewicht gegenüber Stahl um 60 Prozent reduzieren.

Selbstheilende Lacke

Fast mutet es an einen Science Fiction an: An einem Lack, der Kratzer selbstständig ausbessert, forscht Dr. Oliver Strube. „Wir haben dafür den Automobilklarlack gewählt“, berichtet der Wissenschaftler, der an der Universität Paderborn tätig ist. Dabei handle es sich um eines der Lacksysteme mit den höchsten Qualitätsansprüchen. „Die Polymernetzwerke eines herkömmlichen Klarlacks werden bei einem Kratzer oder anderen mechanischen Beanspruchungen irreversibel geschädigt“, erklärt Strube. Beim neuen Klarlack sollen sich bei mechanischer Beanspruchung die Verbindungen im Polymernetzwerk lediglich kurzzeitig lösen. Verringert sich die Krafteinwirkung, werden die Bindungen wieder geschlossen und die Oberfläche des Klarlacks bleibt unversehrt. Diesen innovativen Effekt ermöglichen spezielle Biomoleküle. „Das wirklich Faszinierende an natürlichen Materialien ist die Erkenntnis, dass uns die Biologie in vielen Dingen weit voraus ist“, sagt Strube. „Pflanzen können Strukturen bilden und Synthesevorgänge realisieren, die auf künstliche Art nicht zu reproduzieren sind.“

Temperatur wird sichtbar

Was, wenn sich die Farbe einer Kunststoffverpackung mit der Temperatur verändern würde? Das wäre sowohl für Getränkeverpackungen sinnvoll, um die richtige Kühlung anzuzeigen, als auch vor heißem Inhalt zu warnen. Sie könnte beispielsweise auch bei Pharmazeutika die korrekte Lagerung visuell darstellen. Dr. Volker Eberhardt forscht am Fraunhofer Institut für Angewandte Polymerforschung daran, wie sich solche Verpackungen auf Basis von Biopolymeren und natürlichen, ungiftigen und farbgebenden Additiven entwickeln lassen. „In der Kunststoffindustrie gibt es ein Umdenken weg von erdölbasierten Produkten und hin zu Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen“, sagt Eberhardt. „Dieses Umdenken betrifft auch Funktionselemente wie die chromogenen Effekte.“ Denn viele konventionelle Additive, die bisher für Farbeffekte vonnöten waren, sind nicht für den Lebensmittelkontakt zugelassen. Deswegen gibt es Temperaturanzeiger lediglich in Form von auf die Gebinde geklebten Etiketten. „Mit natürlichen Rohstoffen könnte der thermochrome Effekt nicht nur als Label, sondern direkt als Verpackungsbestandteil eingesetzt werden“, sagt Eberhardt.

Unser aktueller Themenschwerpunkt ist Kunststoff. Von Wegwerfplastik als Last – und wie wir diesem Problem begegnen können. Aber auch von der Frage, ob Kunststoff eine Lösung sein kann. Mehr zum Thema „Plastik – Last und Lösung“ lesen Sie in der aktuellen Ausgabe unseres Magazins ESSENTIAL.