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Projekte

Neue biobasierte Hartschäume aus Ligninsulfonaten für die Automobilindustrie

Forschungsverbund entwickelt Schäume mit einem Ligninanteil von über 90 Prozent für Kernelemente von Pkw-Stoßfängern

Ziel

Ziel ist es, ein biobasiertes Material mit sehr hohem Ligninanteil aus Ligninsulfonaten zu entwickeln, dessen technische Eigenschaften den Einsatz als Kernelement für Stoßfänger und weitere Anwendungen in der Automobilindustrie erlauben.

Aufgaben

  • Weiterentwicklung eines Verfahrens zur direkten Aufschäumung und Vernetzung von Ligninsulfonaten mittels Wasserstoffperoxid, auch in Kombination mit Eisen(II)sulfat als Katalysator.
  • Bindung ausgewählter biobasierter Fettsäuren bzw. von Latex an die Ligninsulfonate, um die erforderliche Druckelastizität zu erhalten und anwendunsgspezifische Eigenschaften einstellen zu können.
  • Tests mit Huminen aus der Herstellung von Polyethylenfuranoat (PEF) als biobasiertes Schäumungsreagenz.
  • Tests mit den Verfahren Spritzguss und ferner Schaumextrusion zur Formgebung und Bauteilherstellung.
  • Optimierung und Upscaling aller Verfahrensschritte.
  • Erstellung und Erprobung eines Pkw-Stoßfängers mit einem Kern aus Ligninschaum als Demonstrator.

Status Quo

  • Pkw-Stoßfänger enthalten heute Formteile aus petrochemisch-basierten Partikelschäumen wie expandiertem Polypropylen (EPP).
  • Die technischen Eigenschaften von EPP verringern das Verletzungsrisiko für Fußgänger im Falle eines Aufpralls. Diese Eigenschaften stellen die Messlatte für den neuen Ligninschaum dar.
  • Nur ca. 2% der weltweit bei der Zellstoffproduktion anfallenden Lignine werden derzeit nicht verbrannt.
  • Von allen Ligninarten eignen sich Ligninsulfonate am besten zur stofflichen Nutzung. Sie fallen bei der Zellstoffproduktion global in einer Menge von rund 3 Mio. Tonnen jährlich an.
  • Bei bereits in der Literatur beschriebenen Polyurethanschäumen auf Ligninbasis erreicht der Ligninanteil nur knapp 40 Prozent. Isocyanatfreie Ligninschäume mit einem – im Projekt angestrebten – Anteil von über 90 Prozent gibt es bislang nicht.

Vorteile

  • Möglichkeit, Ligninsulfonat direkt, ohne Aufreinigung, aufzuschäumen, dadurch wettbewerbsfähige Rohstoffpreise.
  • Steigerung der Ressourceneffizienz der Holznutzung durch neue stoffliche Nutzungsoptionen für Lignin.
  • Eröffnung neuer Geschäftsfelder für Papier- und Zellstofffabriken.
  • Einsparung bzw. Ersatz petrochemisch basierter Werkstoffe, dadurch Klimavorteile durch CO2-Speicherung und CO2-neutrale Entsorgung.
  • Technisch anspruchsvolles Einsatzgebiet, bei Erfolg mögliche Übertragung auf weitere Anwendungsbereiche im Pkw- und Lkw-Sektor mit potenziell großem Absatzvolumen.

Projektdaten und -partner

Verbundvorhaben: Schäume aus Ligninsulfonat für den Einsatz als Kernmaterial in Stoßfängern (Akronym: Ligninschaum) (Förderkennzeichen in Klammern)

  • Teilvorhaben 1: Entwicklung von Ligninpolymeren – Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI (2220NR271A)
  • Teilvorhaben 2: Anlagentechnik zur Schaumherstellung, Scale-Up – RPT Rapid Prototyping Technologie GmbH (2220NR271B)
  • Teilvorhaben 3: Anwendungstechnik und Simulation – Volkswagen AG Group Innovation (2220NR271C)

Projekt-Laufzeit:

Dezember 2023 – November 2026

Ligninschaum in fester Form. © Fraunhofer WKI I Manuela Lingnau

Ligninschaum in fester Form. © Fraunhofer WKI I Manuela Lingnau