Textination Newsline

• Mit „Fast Fashion“ hat die Menge der produzierten und weggeworfenen Kleidungsstücke stark zugenommen.

„Fast Fashion“ ist das ständige Angebot an neuer Mode zu sehr niedrigen Preisen. Um die Auswirkungen auf die Umwelt anzugehen, will die EU Textilabfälle reduzieren und den Lebenszyklus und das Recycling von Textilien verbessern. Dies ist Teil des Plans, bis 2050 eine Kreislaufwirtschaft verwirklichen.

Übermäßiger Verbrauch von natürlichen Ressourcen
Für die Herstellung von Textilien werden große Mengen Wasser sowie Flächen zum Anbau von Baumwolle und anderen Fasern benötigt. Schätzungen zufolge wurden in der weltweiten Textil- und Bekleidungsindustrie im Jahr 2015 79 Milliarden Kubikmeter Wasser verbraucht, während sich der Wasserverbrauch in der gesamten Wirtschaft der EU im Jahr 2017 auf 266 Milliarden Kubikmeter belief. Für die Herstellung eines einzigen Baumwoll-T-Shirts werden schätzungsweise 2.700 Liter Süßwasser benötigt, was der Menge entspricht, die eine Person in 2,5 Jahren trinkt.

Der Textilsektor war im Jahr 2020 die drittgrößte Quelle für Wasserverschmutzung und Flächenverbrauch. In diesem Jahr wurden im Durchschnitt neun Kubikmeter Wasser, 400 Quadratmeter Land und 391 Kilogramm Rohstoffe benötigt, um Kleidung und Schuhe für jeden EU-Bürger herzustellen.

Wasserverschmutzung
Durch die Färbung und Veredelung von Textilien im Rahmen ihrer Herstellung werden schätzungsweise rund 20 Prozent der weltweiten Wasserverschmutzung verursacht.

Etwa 35 Prozent des primären Mikroplastiks, das in die Umwelt gelangt, hat seinen Ursprung im Waschen von synthetischen Textilien. Bei einer einzigen Wäsche von Polyesterkleidung können 700.000 Mikroplastikfasern freigesetzt werden, die in die Nahrungskette gelangen können.

Der größte Teil des Mikroplastiks aus Textilien wird bei den ersten Waschgängen freigesetzt. „Fast Fashion“ basiert auf Massenproduktion, niedrigen Preisen und hohen Verkaufszahlen, was viele erste Waschgänge begünstigt.

Das Waschen synthetischer Produkte hat dazu geführt, dass sich mehr als 14 Millionen Tonnen Mikroplastik auf dem Grund der Ozeane angesammelt haben. Zusätzlich zu diesem globalen Problem hat die durch die Bekleidungsproduktion verursachte Umweltverschmutzung verheerende Auswirkungen auf die Gesundheit der Menschen, Tiere und Ökosysteme vor Ort, wo die Fabriken angesiedelt sind.

Treibhausgasemissionen
Schätzungen zufolge verursacht die Modebranche 10 Prozent der weltweiten CO₂-Emissionen – mehr als internationale Luftfahrt und Seeschifffahrt zusammen.

Nach Angaben der Europäischen Umweltagentur wurden durch den Kauf von Textilien in der EU im Jahr 2020 pro Person rund 270 Kilogramm CO₂-Emissionen verursacht. Das bedeutet, dass die in der EU verbrauchten Textilerzeugnisse Treibhausgasemissionen in Höhe von 121 Millionen Tonnen verursachten.

Textilabfälle auf Deponien
Auch die Art und Weise, wie sich die Menschen nicht mehr erwünschter Kleidung entledigen, hat sich geändert: Die Kleidungsstücke werden heute eher weggeworfen als gespendet. Weniger als die Hälfte der Altkleider wird zur Wiederverwendung oder zum Recycling gesammelt, und nur ein Prozent wird zu neuer Kleidung recycelt, da Technologien, die das Recycling von Kleidung zu neuen Fasern ermöglichen würden, erst jetzt aufkommen.

Zwischen 2000 und 2015 hat sich die Bekleidungsproduktion verdoppelt, während die durchschnittliche Nutzungsdauer eines Kleidungsstücks gesunken ist.

Die Europäer kaufen jedes Jahr fast 26 Kilogramm Textilien und werfen etwa elf Kilogramm davon weg. Altkleider können in Länder außerhalb der EU exportiert werden, werden aber größtenteils (87 Prozent) verbrannt oder landet auf Deponien.

Ausschlaggebend für den Anstieg des Verbrauchs ist das Aufkommen von „Fast Fashion“, das zum Teil durch die sozialen Medien und die Industrie vorangetrieben wird, die Modetrends schneller als in der Vergangenheit an mehr Verbraucher weitergibt.

Zu den neuen Strategien zur Bewältigung dieses Problems gehören die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle für den Verleih von Kleidung, die Gestaltung von Produkten, die die Wiederverwendung und das Recycling erleichtern (Kreislaufmode), die Überzeugung der Verbraucher, weniger Kleidung von besserer Qualität zu kaufen („Slow Fashion“) und die allgemeine Lenkung des Verbraucherverhaltens in Richtung nachhaltigerer Optionen.

Die EU-Strategie für nachhaltige und kreislauffähige Textilien
Im Rahmen des Aktionsplans für die Kreislaufwirtschaft stellte die Europäische Kommission im März 2022 eine neue Strategie vor, um Textilien haltbarer, reparierbarer, wiederverwendbar und recycelbar zu machen, gegen „Fast Fashion“ vorzugehen und Innovationen innerhalb des Sektors zu fördern.

Die neue Strategie umfasst neue Ökodesign-Anforderungen für Textilien, klarere Informationen, einen digitalen Produktpass und eine Aufforderung an die Unternehmen, Verantwortung zu übernehmen und Maßnahmen zu ergreifen, um ihren ökologischen Fußabdruck zu minimieren.

Am 1. Juni 2023 legten die Abgeordneten des Europäischen Parlaments Vorschläge für strengere EU-Maßnahmen zur Eindämmung der übermäßigen Produktion und des Verbrauchs von Textilien vor. In dem Bericht des Parlaments wird gefordert, dass bei der Herstellung von Textilien die Menschen-, Sozial- und Arbeitsrechte sowie der Umwelt- und Tierschutz beachtet werden müssen.

Bestehende EU-Maßnahmen für Textilabfälle
Gemäß der Abfallrichtlinie, die vom Europäischen Parlament im Jahr 2018 angenommen wurde, müssen die EU-Mitgliedstaaten Textilabfälle ab 2025 getrennt sammeln. Die neue Strategie der Kommission umfasst auch Maßnahmen gegen gefährliche Chemikalien und zur Unterstützung der Verbraucher bei der Wahl nachhaltiger Textilien. Zudem werden Hersteller dazu aufgefordert, die Verantwortung für ihre Produkte entlang der Wertschöpfungskette zu übernehmen, auch wenn diese zu Abfall werden.

Mit dem EU-Umweltzeichen, das Hersteller, die ökologische Kriterien beachten, verwenden können, werden ein begrenzter Schadstoffeinsatz und geringere Wasser- und Luftverschmutzung sichergestellt.

Die EU hat auch Maßnahmen eingeführt, um die Umweltauswirkungen von Textilabfällen zu mindern. Mit dem Programm Horizont 2020 wird das Projekt RESYNTEX zur Anwendung von chemischem Recycling gefördert, das ein kreislauforientiertes Geschäftsmodell für die Textilindustrie sein könnte.

Ein nachhaltigeres Modell der Textilproduktion hat auch das Potenzial, die Wirtschaft anzukurbeln. „Europa befindet sich in einer beispiellosen Gesundheits- und Wirtschaftskrise, die zeigt, wie instabil die globalen Lieferketten sind“, sagte der federführende Europaabgeordnete Huitema. „Die Förderung neuer innovativer Geschäftsmodelle wiederum wird neues Wirtschaftswachstum und neue Beschäftigungsmöglichkeiten schaffen, die Europa für den Aufbau benötigt.“

Die gesundheitsschädlichen Chemikalien PFAS sind mittlerweile in vielen Böden und Gewässern nachweisbar. Die Beseitigung mit herkömmlichen Filtertechniken ist sehr aufwendig und kaum realisierbar. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB setzen im Verbundprojekt AtWaPlas erfolgreich auf eine plasmabasierte Technologie. Kontaminiertes Wasser wird in einen kombinierten Glas- und Edelstahlzylinder eingeleitet und dort mit ionisiertem Gas – dem Plasma – behandelt. Das reduziert die Molekülketten von PFAS und ermöglicht so eine kostengünstige Beseitigung der toxischen Substanz.

Per- und polyfluorierte Alkylverbindungen, kurz: PFAS (engl.: per- and polyfluoroalkyl substances), haben viele Talente. Sie sind thermisch und chemisch stabil, dabei wasser-, fett- und schmutzabweisend. Dementsprechend findet man sie in vielen alltäglichen Produkten: Pizzakartons und Backpapier sind damit beschichtet, auch Shampoos und Cremes enthalten PFAS. In der Industrie finden sie Verwendung als Lösch- und Netzmittel. In der Landwirtschaft werden sie in Pflanzenschutzmitteln verwendet. Mittlerweile lassen sich Spuren von PFAS auch da nachweisen, wo sie nicht hingehören: im Boden, in Flüssen und im Grundwasser, in Lebensmitteln und im Trinkwasser. So gelangen die schädlichen Stoffe am Ende auch in den menschlichen Körper. Wegen ihrer chemischen Stabilität ist die Beseitigung dieser auch als »Ewigkeitschemikalien« bezeichneten Substanzen bisher mit vertretbarem Aufwand kaum möglich.

Das Verbundprojekt AtWaPlas soll das ändern. Das Akronym steht für Atmosphären-Wasserplasma-Behandlung. Das innovative Projekt wird derzeit am Fraunhofer IGB in Stuttgart gemeinsam mit dem Industriepartner HYDR.O. Geologen und Ingenieure GbR aus Aachen vorangetrieben. Ziel ist die Aufbereitung und Rückgewinnung PFAS-belasteter Wässer mittels Plasma-Behandlung.
Das Forschenden-Team um Dr. Georg Umlauf, Experte für funktionale Oberflächen und Materialien, macht sich dabei die Fähigkeit von Plasma zu Nutze, die Molekülketten von Substanzen anzugreifen. Erzeugt wird das elektrisch leitfähige Gas aus Elektronen und Ionen durch Anlegen von Hochspannung. »In unseren Versuchen mit Plasma ist es gelungen, die Molekülketten von PFAS im Wasser zu verkürzen. Das ist ein wichtiger Schritt hin zu einer effizienten Beseitigung dieser hartnäckigen Schadstoffe«, freut sich Umlauf.

Wasserkreislauf im Edelstahlzylinder
Für das Verfahren nutzen die Fraunhofer-Forschenden einen zylinderförmigen Aufbau. Im Inneren befindet sich ein Edelstahlrohr und dieses dient als Masse-Elektrode des Stromkreises. Ein äußeres Kupfernetz fungiert als Hochspannungselektrode und wird zur Innenseite hin durch ein Dielektrikum aus Glas abgeschirmt. Dazwischen bleibt ein winziger Spalt, der mit einem Luft-Gemisch gefüllt ist. Durch Anlegen von mehreren Kilovolt Spannung verwandelt sich dieses Luft-Gemisch in Plasma. Für das menschliche Auge wird es durch das charakteristische Leuchten und das Entladen in Form von Blitzen sichtbar.

Im Reinigungsprozess wird das mit PFAS kontaminierte Wasser am Boden des Stahltanks eingeleitet und nach oben gepumpt. Im Spalt zwischen den Elektroden fließt es nach unten und durchquert dabei die elektrisch aktive Plasma-Atmosphäre. Beim Entladen bricht das Plasma die PFAS-Molekülketten auf und verkürzt sie. Das Wasser wird in einem geschlossenen Kreislauf immer wieder durch den stählernen Reaktor und die Plasma-Entladezone im Spalt gepumpt, jedes Mal werden die PFAS-Molekülketten weiter reduziert bis zu einer vollständigen Mineralisierung. »Im Idealfall werden die schädlichen PFAS-Stoffe so gründlich beseitigt, dass sie in massenspektrometischen Messungen nicht mehr nachweisbar sind. Damit werden auch die strengen Regularien der Trinkwasserverordnung in Bezug auf die PFAS-Konzentration erfüllt«, sagt Umlauf.

Gegenüber herkömmlichen Methoden wie beispielsweise der Filterung mit Aktivkohle weist die am Fraunhofer IGB entwickelte Technologie einen entscheidenden Vorteil auf: »Aktivkohlefilter können die schädlichen Stoffe zwar binden, sie aber nicht beseitigen. Somit müssen die Filter regelmäßig ausgetauscht und entsorgt werden. Die AtWaPlas-Technologie dagegen kann die schädlichen Substanzen rückstandsfrei eliminieren und arbeitet dabei sehr effizient und wartungsarm«, erläutert Fraunhofer-Experte Umlauf.

Echte Wasserproben statt synthetischer Laborprobe
Um echte Praxisnähe zu gewährleisten, testen die Fraunhofer-Forschenden die Plasma-Reinigung gewissermaßen unter erschwerten Bedingungen. Konventionelle Testverfahren arbeiten mit perfekt sauberem Wasser und im Labor synthetisch angerührten PFAS-Lösungen. Das Forschenden-Team in Stuttgart dagegen verwendet echte Wasserproben, die aus PFAS-kontaminierten Gebieten stammen. Die Proben werden vom Projektpartner HYDR.O. Geologen und Ingenieure GbR aus Aachen zugeliefert. Das Unternehmen hat sich auf Altlastensanierung spezialisiert und führt daneben hydrodynamische Simulationen durch.

Die realen Wasserproben, mit denen Umlauf und sein Team arbeiten, enthalten daher neben PFAS auch weitere Partikel, Schwebstoffe und organische Trübungen. »Auf diese Weise stellen wir sicher, dass AtWaPlas seinen Reinigungseffekt nicht nur mit synthetischen Laborproben, sondern auch unter realen Bedingungen mit wechselnden Wasserqualitäten unter Beweis stellt. Zugleich können wir die Prozessparameter laufend anpassen und weiterentwickeln«, erklärt Umlauf.

Die Plasma-Methode lässt sich auch für den Abbau anderer schädlicher Substanzen einsetzen. Darunter fallen etwa Rückstände von Medikamenten im Abwasser, Pestizide und Herbizide, aber auch Industriechemikalien wie Cyanide. Daneben kommt AtWaPlas auch für die umweltschonende und kostengünstige Aufbereitung von Trinkwasser in mobilen Anwendungen infrage.

Das Verbundprojekt AtWaPlas startete im JuIi 2021. Nach den erfolgreichen Versuchsreihen im Technikums-Maßstab mit einem 5-Liter-Reaktor arbeitet das Fraunhofer-Team gemeinsam mit dem Verbundpartner daran, das Verfahren weiter zu optimieren. Georg Umlauf sagt: »Unser Ziel ist es jetzt, toxische PFAS durch verlängerte Prozesszeiten und mehr Umläufe im Tank vollständig zu eliminieren und die AtWaPlas-Technologie auch für die praktische Anwendung im größeren Maßstab verfügbar zu machen.« Zukünftig könnten entsprechende Anlagen auch als eigenständige Reinigungsstufe in Klärwerken aufgestellt werden oder in transportablen Containern auf kontaminierten Freilandflächen zum Einsatz kommen.

In einer neuen Studie haben Forscher der North Carolina State University nachgewiesen, dass sie Mischgewebe aus Baumwolle und Polyester mithilfe von Enzymen - natürlichen Werkzeugen zur Beschleunigung chemischer Reaktionen – voneinander trennen können. Die Forschenden hoffen, dass ihre Ergebnisse letztlich zu einer effizienteren Wiederverwertung der Stoffbestandteile und damit zur Verringerung des Textilabfalls führen werden. Sie stellten jedoch auch fest, dass der Prozess mehr Arbeitsschritte erfordert, wenn das Mischgewebe gefärbt oder mit Chemikalien behandelt wurde, die die Knitterfestigkeit erhöhen.

„Wir können die gesamte Baumwolle aus einer Baumwoll-Polyester-Mischung herauslösen, was bedeutet, dass wir anschließend sauberes Polyester haben, das recycelt werden kann“, so die korrespondierende Autorin der Studie, Sonja Salmon, außerordentliche Professorin für Textilingenieurwesen, Chemie und Wissenschaft an der NC State. „Auf einer Mülldeponie wird sich das Polyester nicht abbauen, und die Baumwolle kann mehrere Monate oder länger brauchen, um sich zu zersetzen. Mit unserer Methode können wir die Baumwolle in weniger als 48 Stunden vom Polyester trennen.“

Nach Angaben der US-Umweltschutzbehörde werfen Verbraucher jedes Jahr etwa 11 Millionen Tonnen Textilabfälle auf US-Mülldeponien. Die Forscher wollten eine Methode entwickeln, um die Baumwolle vom Polyester zu trennen, so dass die einzelnen Bestandteile recycelt werden können.

In der Studie verwendeten die Forscher einen „Cocktail“ von Enzymen in einer leicht sauren Lösung, um die Zellulose in der Baumwolle zu zersetzen. Zellulose ist das Material, das den Zellwänden der Pflanzen Struktur verleiht. Die Idee ist, die Zellulose so zu zerkleinern, dass sie aus der gemischten Gewebestruktur „herausfällt“ und einige winzige Baumwollfaserfragmente zusammen mit Glukose zurückbleiben. Glukose ist das biologisch abbaubare Nebenprodukt der abgebauten Zellulose. Anschließend wird die Glukose weggewaschen und die Baumwollfaserfragmente herausgefiltert, so dass reines Polyester übrig bleibt.
 
Assoc. Professor Sonja Salmon    „Dies ist ein mildes Verfahren - die Behandlung ist leicht sauer, wie bei Essig“, sagte Salmon. „Wir haben es auch bei 50 Grad Celsius laufen lassen, was der Temperatur einer heißen Waschmaschine entspricht. Es ist wirklich vielversprechend, dass wir das Polyester bis zu einem sauberen Niveau trennen können", fügte Salmon hinzu.
"Wir müssen noch einiges tun, um die Eigenschaften des Polyesters zu bestimmen, aber wir glauben, dass sie sehr gut sein werden, weil die Bedingungen so mild sind. Wir fügen lediglich Enzyme hinzu, die das Polyester ignorieren."

Sie verglichen den Abbau von Stoffen aus 100 % Baumwolle mit dem von Baumwoll- und Polyestermischungen und testeten außerdem Stoffe, die mit roten und blauen Reaktivfarbstoffen gefärbt und mit haltbaren Presschemikalien behandelt worden waren. Um die gefärbten Stoffe abzubauen, mussten die Forscher den Zeitaufwand und den Einsatz von Enzymen erhöhen. Bei Stoffen, die mit Chemikalien knitterfrei ausgerüstet wurden, mussten sie vor der Zugabe der Enzyme eine chemische Vorbehandlung durchführen.

„Der gewählte Farbstoff hat einen großen Einfluss auf die potenzielle Schädigung des Gewebes", sagte die Leiterin der Studie, Jeannie Egan, Doktorandin an der NC State. "Außerdem haben wir festgestellt, dass das größte Hindernis bisher die knitterfreie Ausrüstung ist. Die Chemie dahinter blockiert den Zugang des Enzyms zur Zellulose erheblich. Ohne Vorbehandlung erreichten wir einen Abbau von weniger als 10 %, aber nach zwei Enzymdosen konnten wir die Zellulose vollständig abbauen, was ein wirklich beeindruckendes Ergebnis ist.“

Den Forschenden zufolge wäre das Polyester recycelbar, während die Aufschlämmung der Baumwollfragmente als Zusatzstoff für Papier oder als nützliche Ergänzung für Verbundwerkstoffe wertvoll sein könnte. Sie untersuchen ebenfalls, ob eine Verwendung der Glukose für die Herstellung von Biokraftstoffen möglich wäre.

„Die Aufschlämmung besteht aus Baumwollresten, die einem sehr starken enzymatischen Abbau widerstehen“, so Salmon. „Sie kann als Verstärkungsstoff verwendet werden. Was den Glukosesirup betrifft, so arbeiten wir an einem Projekt, um herauszufinden, ob wir ihn in einen anaeroben Fermenter einspeisen können, um Biokraftstoff herzustellen. Wir würden Abfälle in Bioenergie umwandeln, was viel besser wäre, als sie auf eine Mülldeponie zu werfen.“

Die Studie mit dem Titel „Enzymatische Textilfasertrennung für nachhaltige Abfallverarbeitung“ wurde in der Zeitschrift Resources, Environment and Sustainability veröffentlicht. Zu den Koautoren gehören Siyan Wang, Jialong Shen, Oliver Baars und Geoffrey Moxley. Finanziert wurde die Studie von der Environmental Research and Education Foundation, der Kaneka Corporation und dem Department of Textile Engineering, Chemistry and Science an der NC State.

• Gesamtwirtschaftliche Entwicklungen belasten Stimmung in der Composites-Industrie
• Zukunftserwartungen optimistisch
• Investitionsklima auf konstantem Niveau
• Erwartungen an Anwendungsindustrien unterschiedlich
• Wachstumstreiber bleiben unverändert
• Composites-Index zeigt in verschiedene Richtungen

Zum 20. Mal hat Composites Germany aktuelle Kennzahlen zum Markt für faserverstärkte Kunststoffe erhoben. Befragt wurden alle Mitgliedsunternehmen der Trägerverbände von Composites Germany: AVK und Composites United, sowie des assoziierten Partners VDMA.  

Gesamtwirtschaftliche Entwicklungen belasten Stimmung in der Composites-Industrie
Wie die Industrie generell war auch die Composites-Industrie in den vergangenen Jahren von starken negativen Einflüssen betroffen. Zentrale Herausforderungen in den letzten Jahren waren vor allem die Corona-Pandemie, der Halbleitermangel, Probleme in den Logistikketten und ein starker Anstieg der Rohstoffpreis. Hinzu kamen weitere Einzeleffekte, die den Druck auf die Industrie zusätzlich erhöht haben.

Zentrale Herausforderungen des letzten Jahres waren hauptsächlich der extreme Anstieg der Energie- und Spritpreise sowie der Logistikkosten. Daneben hat der Krieg in der Ukraine-Krise die ohnehin geschwächten Handelsketten weiter belastet.

Insgesamt zeigen sowohl die Börsenpreise für Strom als auch Erdölpropdukte derzeit zwar deutlich nach unten. Allerdings werden die deutlich geringeren Preise von den Erzeugern/Einkäufern noch nicht an Endkunden weitergegeben.

Die vorgenannten Effekte haben die Stimmung in der Composites-Industrie weiter nach unten gezogen. Der entsprechende Index für die Bewertung der aktuellen generellen Geschäftslage in Deutschland und Europa gibt nochmals nach. Etwas positiver zeigt sich die Bewertung der weltweiten Situation.
    
Trotz dieser generell negativen Bewertung der aktuellen Situation dreht die Bewertung der eigenen Geschäftslage der Unternehmen in der aktuellen Befragung leicht ins Positive. Die befragten Unternehmen bewerten die Position der eigenen Unternehmen somit besser als bei der letzten Befragung.

Zukunftserwartungen optimistisch
Die Erwartungen an die zukünftige Marktentwicklung zeigen ein sehr positives Bild. Die entsprechenden Kennwerte für die generelle Geschäftslage zeigen, nach einem deutlichen Abrutschen bei der letzten Befragung, nun wieder deutlich nach oben. Auch für das eigene Unternehmen zeigen sich die Befragten hinsichtlich ihrer Zukunftserwartungen deutlich optimistischer.

Das Investitionsklima bleibt auf einem relativ stabilen Niveau. Fast die Hälfte der befragten Unternehmen plant für das kommende halbe Jahr entsprechend Personal einzustellen. Nach wie vor halten etwa 70 % der Befragten Maschineninvestitionen für möglich oder planen diese. Dieser Wert bleibt im Gegensatz zur Vorbefragung fast gleich.    

Erwartungen an Anwendungsindustrien unterschiedlich
Der Composites Markt ist durch eine starke Heterogenität sowohl material- aber auch anwendungsseitig gekennzeichnet. In der Befragung werden die Teilnehmer gebeten, ihre Einschätzung hinsichtlich der Marktentwicklung unterschiedlicher Kernbereiche zu geben. Die Erwartungen zeigen sich äußerst verschieden.
 
Das bedeutendste Anwendungssegment für Composites ist der Transportbereich. Die Zulassungszahlen im PKW-Bereich waren dabei in den letzten Jahren rückläufig. Hier manifestierte sich die Abkehr der OEM von Volumenmodellen hin zu margenstarken Mittel- und Hochpreissegmenten. Dies zeigt sich in der aktuellen Befragung an relativ zurückhaltenden Erwartungen an dieses Segment.

Größere Rückgänge werden der derzeit eher pessimistischen Erwartung an die Baukonjunktur folgend vor allem auch in diesem Bereich erwartet. Speziell der Baubereich reagiert oftmals eher langsam auf entsprechende kurzfristige, wirtschaftliche Schwankungen und zeigte sich lange relativ robust gegenüber den oben genannten Krisen. Nun scheint es auch in diesem Bereich zu entsprechend negativen Einflüssen zu kommen.

Die pessimistische Sichtweise auf den Sport- und Freizeitbereich erklärt sich durch eine eher pessimistische Sichtweise auf das Konsumentenverhalten der Verbraucher.
Die Erwartungen an die zukünftige Marktentwicklung sind aber deutlich positiver, als dies die hier dargestellten Zahlen vermuten lassen.
 
Wachstumstreiber bleiben unverändert
Regional bleiben in der aktuellen Erhebung Deutschland, Europa und Asien die Weltregionen, aus denen die wesentlichen Wachstumsimpulse für das Composites-Segment erwartet werden, wobei Europa dabei für viele der Befragten eine Schlüsselrolle einnimmt.

Bei den Werkstoffen setzt sich der Paradigmenwechsel weiter fort. Wurde von den Befragten in den ersten 13 Erhebungen stets CFK als Material genannt, aus dessen Umfeld die wesentlichen Wachstumsimpulse für den Composites-Bereich zu erwarten sind, so werden die wesentlichen Impulse mittlerweile durchweg von GFK oder materialübergreifend erwartet.

Composites-Index zeigt in verschiedene Richtungen
Trotz der zahlreichen negativen Einflüsse der letzten Zeit zeigen sich Composites für die Zukunft gut aufgestellt. Durch eine sehr starke Marktentwicklung in 2021 konnte das Vor-Corona-Niveau bereits fast wieder erreicht werden. Die Aussichten für die Marktentwicklung 2022 liegen noch nicht final vor, zeigen aber eine weniger positive Entwicklung für das letzte Jahr.

Dennoch spricht vieles dafür, dass sich die generell über die letzten Jahre positive Entwicklung der Composites-Industrie weiterhin fortsetzen kann. Die strukturellen Änderungen im Mobilitätsbereich eröffnen Composites mittelfristig die Möglichkeit, auch in neuen Anwendungen Fuß zu fassen. Große Möglichkeiten bieten der Bau- und Infrastrukturbereich. Hier zeigen sich, der schwächeren Marktlage zum Trotz, enorme Chancen für Composites, aufgrund ihres einmaligen Eigenschaftsniveaus, das sie für den langfristigen Einsatz prädestiniert. Langlebigkeit bei nahezu wartungsfreiem Einsatz und die Möglichkeit zur Umsetzung entsprechender Leichtbaukonzepte sowie ein positiver Einfluss im Hinblick auf Nachhaltigkeit sprechen für den Einsatz der Materialien. Darüber hinaus wird die Windindustrie zu einem wesentlichen Wachstumstreiber werden, wenn die politisch selbst gesteckten Ziele zum Anteil der erneuerbaren Energien am Stromverbrauch eingehalten werden sollen.

Insgesamt zeigt der Composites-Index eine verhaltene Bewertung der aktuellen Situation, wohingegen die Bewertung der zukünftigen Situation deutlich positiv ausfällt. Die Befragten schauen somit optimistisch in die Zukunft. Dies deckt sich mit der oben angesprochenen Einschätzung: Composites befinden sich seit vielen Jahrzenten im industriellen (Serien-)Einsatz und offenbaren trotz zahlreicher Herausforderungen auch für die Zukunft ein enormes Potenzial, sich weitere Anwendungsfelder zu erschließen.

Die nächste Composites-Markterhebung erscheint im Juli 2023.

"Gemeinsame Vision einer echten Kreislaufwirtschaft für die Textilindustrie"

Der US-amerikanische Modekonzern PVH hat sich dem von Carbios, On, Patagonia, PUMA und Salomon gegründeten Faser-zu-Faser-Konsortium angeschlossen. Ziel ist es, die Weiterentwicklung des Biorecyclingverfahrens von Carbios im industriellen Maßstab zu unterstützen und so neue globale Standards für Textilrecyclingtechnologien zu setzen. Zu PVH gehören Marken wie Calvin Klein und Tommy Hilfiger. In der von der PVH Corp. unterzeichneten Vereinbarung verpflichtet sich das Unternehmen, durch seine Mitwirkung im Konsortium den Übergang der Textilindustrie zu einer Kreislaufwirtschaft zu beschleunigen.

Carbios arbeitet mit On, Patagonia, PUMA, PVH Corp. und Salomon daran, seine biologische Recyclingtechnologie an deren Produkten zu testen und zu verbessern. Ziel ist es, im Sinne der Nachhaltigkeitsverpflichtungen den Nachweis zu erbringen, dass durch dieses Verfahren der Kreislauf von Faser zu Faser im industriellen Maßstab geschlossen wird.

Das auf zwei Jahre ausgelegte Kooperationsprojekt soll nicht nur das biologische Recycling von Polyesterartikeln in industriellem Maßstab ermöglichen, sondern auch gründliche Sortier- und Zerlegetechnologien für komplexe Textilabfälle entwickeln. Die bestehenden Mitglieder stimmten einstimmig für den Beitritt der PVH Corp. zum Konsortium und erklärten, das gemeinsame Ziel sei es, die Entwicklung praktikabler Lösungen zu unterstützen, die den Beitrag der Modeindustrie zum Klimawandel adressieren.
 
Carbios hat eine Technologie entwickelt, bei der hochselektive Enzyme zum Einsatz kommen, die gemischte Ausgangsmaterialien recyceln können und so die aufwändige Sortierung reduzieren, die bei den derzeitigen thermomechanischen Recyclingverfahren erforderlich ist. Bei Textilien aus Mischfasern wirkt das patentierte Enzym ausschließlich auf das darin enthaltene PET-Polyester. Mit diesem innovativen Verfahren wird recyceltes PET (r-PET) erzeugt, das in seiner Qualität dem von neuem PET entspricht und zur Herstellung neuer Textilfasern verwendet werden kann
 
Behandlung von Textilabfällen und Recycling
Weltweit werden derzeit nur 13 % der Textilabfälle recycelt, und zwar hauptsächlich für minderwertige Anwendungen wie Polsterung, Isolierung oder Lumpen. Die restlichen 87 % sind für die Deponierung oder Verbrennung bestimmt. Um an der Verbesserung der Textilrecyclingtechnologien zu arbeiten, werden die Mitglieder des Konsortiums Ausgangsmaterial in Form von Bekleidung, Unterwäsche, Schuhen und Sportbekleidung liefern. 2023 wird in der Demonstrationsanlage von Carbios eine neue Anlage für PET-Textilabfälle in Betrieb genommen, insbesondere im Rahmen des von der Europäischen Union kofinanzierten Projekts "LIFE Cycle of PET".  Dies geschieht im Vorgriff auf künftige Vorschriften, wie die getrennte Sammlung von Textilabfällen, die in Europa ab dem 1. Januar 2025 verbindlich vorgeschrieben ist.

Von Faser zu Faser: Kreislauffähigkeit von Textilien
Zur Herstellung von Fasern und Stoffen ist die Textilindustrie heute weitgehend auf nicht erneuerbare Ressourcen angewiesen, zum Teil greift sie auf recycelte PET-Flaschen für recycelte Polyesterfasern zurück. Diese Ressource wird jedoch knapp werden, da PET-Flaschen ausschließlich für die Herstellung neuer Flaschen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie verwendet werden. In einer Kreislaufwirtschaft werden die zur Herstellung von Textilien verwendeten Materialien aus recycelten oder erneuerbaren Rohstoffen gewonnen, die durch regenerative Verfahren hergestellt werden. Die Mitglieder des Konsortiums liefern nicht nur Rohstoffe für die Demonstrationsanlage, sondern wollen auch neue Produkte aus r-PET-Fasern herstellen, die mit dem Biorecycling-Verfahren des Unternehmens produziert werden.
 
"Die Partnerschaft mit Carbios und seinen Konsortiumsmitgliedern zeigt unser kontinuierliches Engagement für die Aufnahme von mehr Kreislaufmaterialien in unsere Kollektionen", so Esther Verburg, EVP, Sustainable Business and Innovation, Tommy Hilfiger Global und PVH Europe. "Wir freuen uns, die Entwicklung der enzymatischen Recyclingtechnologie von Carbios zu unterstützen und neue Lösungen zu nutzen, die uns dabei helfen können, die Mode nachhaltig voranzutreiben."

Mit einem Luftanteil von bis zu 99,8 Prozent ist Aerogel der leichteste Feststoff der Welt. Das aufgrund seiner optischen und physikalischen Eigenschaften auch als „gefrorener Rauch“ bezeichnete Material hat eine außerordentlich geringe Wärmeleitfähigkeit, die andere Isolierungen um ein Vielfaches übertrifft. Die NASA nutzt Aerogel daher seit vielen Jahren für Raumfahrt-Projekte.

Dennoch war es in der rund 90-jährigen Geschichte des Werkstoffes bisher nicht gelungen, ihn in hoher Konzentration an Textilien zu binden und eine unkomplizierte Weiterverarbeitung zu ermöglichen. Die Outlast Technologies GmbH hat nun ein neuartiges zum Patent angemeldetes Verfahren entwickelt, mit dem sich große Mengen Aerogel dauerhaft an unterschiedliche Träger wie Vliesstoffe, Filze und Verbundmaterialien heften lassen. Deren ursprüngliche Eigenschaften bleiben erhalten, sodass sie sich in herkömmlichen Fertigungsprozessen problemlos weiterverarbeiten lassen.
 
Die unter dem Namen Aersulate vertriebenen Textilien sind nur 1 bis 3 mm dick und erreichen sehr hohe Isolationswerte, die selbst unter Druck und Feuchtigkeit weitestgehend erhalten bleiben. Trotz ihrer hohen Leistungsfähigkeit sind sie weich und bieten sich für Schuhe, Bekleidung und Arbeitsschutzprodukte an, aber auch für Schlafsäcke oder technische Anwendungen.

„Aufgrund der außerordentlichen physikalischen Eigenschaften nutzt die NASA Aerogel bereits seit vielen Jahren“, weiß Volker Schuster, Leiter Forschung und Entwicklung bei Outlast Technologies, „zum Beispiel zur Isolierung bei ihren Mars-Rovern oder zum Einfangen von Staub aus dem Schweif eines Kometen bei der Stardust-Mission.“ Seit der Entwicklung von Aerogel durch den US-amerikanischen Wissenschaftler und Chemieingenieur Samuel Stephens Kistler im Jahr 1931 war es trotz intensiver Forschung allerdings niemandem gelungen, den vielseitigen Werkstoff in größeren Mengen auf Textilien aufzubringen, ohne deren ursprüngliche Eigenschaften zu verändern. Damit waren die Produkte nicht nur häufig sehr starr, sondern machten durch ihren großen Staubabrieb auch eine Verarbeitung in herkömmlichen Produktionsprozessen unmöglich. Mit der neuentwickelten Aersulate-Technologie, die im Juni 2022 erstmals vorgestellt wurde, schlägt der in Heidenheim ansässige Spezialist für textile Thermoregulierung ein anderes Kapitel in der Isolierungs-Geschichte auf.

High-Performance-Isolierung - 1-3 mm dick
„Die Konsistenz von Aerogel lässt sich am besten als flüssige Staubkörner beschreiben, die sich aufgrund ihrer geringen Dichte innerhalb von Sekunden unkontrollierbar im Raum verteilen“, so Schuster. „Daher ist die Verarbeitung eine große Herausforderung.“ Es brauchte eine rund fünfjährige Entwicklungszeit, bis Outlast Technologies das neuartige Verfahren, Aerogel zwischen mehrere Stofflagen einzukleben, zur Marktreife brachte. Je nach Anwendungsbereich können Vliesstoffe, Filze oder unterschiedliche Verbundmaterialien als Träger genutzt werden. Die Eigenschaften der jeweiligen Textilien werden durch die Aersulate-Technologie nicht beeinträchtigt, sodass sie sich – trotz ihrer zugewonnenen thermischen Eigenschaften – problemlos in herkömmlichen Prozessen und unter industriellen Bedingungen weiterverarbeiten lassen.
 
Als Feststoff auf Silicatbasis wird Aerogel aus natürlichem Quarzsand gewonnen, verfügt jedoch über eine 1.000 Mal geringere Dichte als aus demselben Rohstoff hergestellte Gläser. Die außerordentliche Isolierungsleistung verdankt das Material seiner extrem porigen Struktur, die einen Luftanteil von bis zu 99,8 Prozent ermöglicht.
 
„Ein Liter Aerogel wiegt gerade einmal 50 g“, erläutert Schuster. „Schon 10 g davon verfügen allerdings über die Oberfläche eines Fußballfeldes.“ Dank dieser Eigenschaften übertreffen die Aersulate-Textilien bei einer deutlich geringeren Dicke sämtliche bisher bekannte Isolierungsmaterialien in ihrer Performance. So haben Tests der Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF) mithilfe des Alambeta-Verfahrens ergeben, dass sich der Wärmedurchgangswiderstand eines Aersulate-Vlieses im Vergleich zu einem herkömmlichen Vlies mit identischer Dicke mehr als verdoppelt. Hinzu kommt, dass die Isolierungsleistung von Aersulate-Produkten trotz Druck und Nässe hoch bleibt, während sie bei anderen gebräuchlichen Stoffen wie Filzen oder Polyurethan-Schäumen (PU) unter diesen Bedingungen massiv abnimmt.

Arbeitsschutz und Funktionskleidung mit Aersulate
Dank des textilen Trägers eignen sich die dünnen Aersulate-Produkte besonders für die Schuh- und Bekleidungsindustrie sowie sämtliche Bereiche des Arbeitsschutzes. Je nach Einsatzzweck kommen dem Anwender die unterschiedlichen Eigenschaften zugute: „Mit einem Handschuh aus nur 1 mm dickem Aersulate kann man zum Beispiel problemlos in kochendes Wasser greifen, ohne sich zu verbrühen“, erklärt Schuster. „Hier spielen uns die extrem hydrophoben Eigenschaften wortwörtlich in die Hände.“ Bei dem Kniebesatz von Arbeits- sowie Funktionshosen oder bei Schuhen bzw. -sohlen werden dagegen auch die Materialeigenschaften bei Kompression relevant. Denn die Isolierungsleistung anderer Stoffe würde einerseits durch die Feuchtigkeit – von außen sowie als Schweiß von innen – und andererseits durch die permanente Einwirkung des Körpergewichts nach und nach abnehmen.
          
Abgesehen vom eigenen Körper lassen sich mit Aersulate auch Gepäck oder technische Geräte vor extremen Temperaturen sowie Witterungseinflüssen schützen. Zu diesem Zweck können bspw. entsprechende Handy- oder Equipmenttaschen in Kleidungsstücke eingenäht werden, um die Akkulaufzeit auch bei sehr kalten Außentemperaturen zu erhalten oder die Geräte bei starker Wärmeeinwirkung vor Überhitzen zu bewahren. „Mit der breiten Palette an möglichen textilen Trägermaterialien eignet sich Aersulate für alle Anwendungen, die einerseits eine hohe Isolierungsleistung erfordern, bei denen andererseits aber nur wenig Platz vorhanden und mit Kompression sowie Feuchtigkeit zu rechnen ist“, fasst Schuster die Vorteile zusammen.

Die Produktion von Infektionsschutzkleidung ist material- und energieintensiv. Fraunhofer-Forschende haben nun eine Technologie entwickelt, die bei der Produktion von Vliesstoffen hilft, Material und Energie zu sparen. Auf Basis einer mathematischen Modellierung steuert ein Digitaler Zwilling wesentliche Prozessparameter der Herstellung. Neben der Verbesserung der Maskenherstellung eignet sich die Lösung ProQuIV auch dazu, die Produktionsparameter für andere Anwendungen der vielseitig einsetzbaren technischen Textilien zu optimieren. Die Hersteller können so flexibel auf Kundenwünsche und Marktveränderungen reagieren.

Infektionsschutzmasken aus Vlies sind nicht erst seit der Corona-Pandemie millionenfach verbreitet und gelten als simpler Massenartikel. Doch ihre Herstellung stellt hohe Anforderungen an Präzision und Zuverlässigkeit des Produktionsprozesses. Der Vliesstoff in der Maske muss bei der FFP-2-Maske nach DIN mindestens 94 Prozent, bei der FFP-3-Variante sogar 99 Prozent der Aerosole herausfiltern. Gleichzeitig muss die Maske ausreichend Luft durchlassen, damit der Mensch noch gut atmen kann. Viele Hersteller suchen nach Wegen, die Herstellung zu optimieren. Außerdem soll die Produktion flexibler werden, so dass Unternehmen in der Lage sind, die vielseitig verwendbaren Vliesstoffe für ganz unterschiedliche Anwendungen und Branchen zu bearbeiten und zu liefern.

Nun hat das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern mit ProQuIV eine Lösung vorgestellt, die beides leistet. Das Kürzel ProQuIV steht für »Produktions- und Qualitätsoptimierung von Infektionsschutzkleidung aus Vliesstoffen«. Die Grundidee: Prozessparameter der Herstellung werden bezüglich ihrer Auswirkungen auf die Gleichmäßigkeit des Vliesstoffs charakterisiert und diese wiederum mit Eigenschaften des Endprodukts, beispielsweise einer Schutzmaske, in Verbindung gesetzt. Diese Modellkette verknüpft alle relevanten Parameter mit einer Bildanalyse und bildet einen Digitalen Zwilling der Produktion. Mit dessen Hilfe lässt sich die Vliesstoffherstellung in Echtzeit überwachen, automatisch steuern und somit das Optimierungspotenzial nutzen.

Dr. Ralf Kirsch aus der Abteilung Strömungs- und Materialsimulation und Teamleiter Filtration und Separation erklärt: »Mit ProQuIV benötigen die Hersteller insgesamt weniger Material und sparen Energie. Dabei ist die Qualität des Endprodukts jederzeit gewährleistet.«

Vliesherstellung mit Hitze und Luftströmung
Vliesstoffe für Filtrationsanwendungen werden im sogenannten Meltblown-Prozess hergestellt. Dabei werden Kunststoffe wie Polypropylen geschmolzen, durch Düsen getrieben und kommen in Form von Fäden heraus, den sogenannten Filamenten. Diese werden auf zwei Seiten von Luftströmen erfasst, die sie mit annähernder Schallgeschwindigkeit nach vorne treiben und gleichzeitig verwirbeln, bevor sie auf ein Auffangband fallen. So werden die Fäden nochmals dünner. Die Dicke der Filamente liegt im Mikrometer- oder sogar Sub-Mikrometer-Bereich. Durch Abkühlung und Zugabe von Bindestoffen bildet sich der Vliesstoff. Je besser Temperatur, Luft- und Bandgeschwindigkeit aufeinander abgestimmt sind, desto gleichmäßiger sind am Ende die Fasern verteilt und desto homogener erscheint das Material dann bei der Prüfung im Durchlichtmikroskop. Hier lassen sich hellere und dunklere Stellen ausmachen. Fachleute sprechen von Wolkigkeit. Das Fraunhofer-Team hat eine Methode entwickelt, um einen Wolkigkeits-Index anhand von Bilddaten zu messen. Die hellen Stellen besitzen einen niedrigen Faservolumenanteil, sind also nicht so dicht und weisen eine niedrigere Filtrationsrate auf. Dunklere Stellen haben ein höheres Faservolumen und daher eine höhere Filtrationsrate. Andererseits führt der in diesen Bereichen erhöhte Luftwiderstand dazu, dass sie einen geringeren Anteil der Atemluft filtern. Der größere Anteil strömt durch die offeneren Bereiche, die eine geringere Filterwirkung haben.

Produktionsprozess mit Echtzeit-Steuerung
Die Durchlichtaufnahmen aus dem Mikroskop dienen bei ProQuIV für die Kalibrierung der Modelle vor dem Einsatz. Die Expertinnen und Experten analysieren den Ist-Zustand der Textilprobe und ziehen daraus Rückschlüsse, wie die Anlage optimiert werden kann. So könnten sie beispielsweise die Temperatur erhöhen, die Bandgeschwindigkeit senken oder die Stärke der Luftströme anpassen. »Ein wesentliches Ziel unseres Forschungsprojekts war, zentrale Parameter wie Filtrationsrate, Strömungswiderstand und Wolkigkeit eines Materials miteinander zu verknüpfen und darauf basierend eine Methode zu generieren, die alle Variablen im Produktionsprozess mathematisch modelliert«, sagt Kirsch. Der Digitale Zwilling überwacht und steuert die laufende Produktion in Echtzeit. Kleine Abweichungen der Anlage, wie etwa eine zu hohe Temperatur, werden in Sekunden automatisch korrigiert.

Schnelle und effiziente Herstellung
»Es ist dann nicht notwendig, die Produktion zu unterbrechen, Materialproben zu nehmen und die Maschinen neu einzustellen. Wenn die Modelle kalibriert sind, kann sich der Hersteller darauf verlassen, dass der Vliesstoff, der vom Band läuft, die Spezifikationen und Qualitätsnormen einhält«, erklärt Kirsch. Mit ProQuIV wird die Produktion deutlich effizienter. Es gibt weniger Ausschuss beim Material, und der Energieverbrauch sinkt ebenfalls. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Hersteller schnell neue Produkte auf Vliesbasis entwickeln können. Dazu müssen lediglich die Zielvorgaben in der Modellierung geändert und die Parameter angepasst werden. So können produzierende Unternehmen flexibel auf Kundenwünsche oder Markttrends reagieren.

Was logisch klingt, ist in der Entwicklung komplex. Die Werte für Filtrationsleistung und Strömungswiderstand steigen nämlich keineswegs linear an und verhalten sich auch nicht proportional zum Faservolumenanteil. Eine doppelt so hohe Filament-Dichte bedeutet also nicht, dass auch Filtrationsleistung und Strömungswiderstand doppelt so hoch sind. Das Verhältnis zwischen den Parametern ist wesentlich komplexer. »Genau deshalb ist die mathematische Modellierung so wichtig. Sie hilft uns, das komplexe Verhältnis zwischen den einzelnen Prozessparametern zu verstehen«, sagt Fraunhofer-ITWM-Forscher Kirsch. Dabei kommt den Forschenden ihre langjährige Expertise bei Simulation und Modellierung zugute.

Weitere Anwendungen sind möglich
Der nächste Schritt besteht für das Fraunhofer-Team darin, den Atemwiderstand der Vliesstoffe für den Menschen bei gleicher Schutzwirkung zu reduzieren. Möglich wird dies durch die elektrische Aufladung der Fasern. Das Prinzip erinnert an die Arbeitsweise eines Staubwedels. Durch die elektrische Ladung zieht das Textilgewebe winzigste Partikel an, die andernfalls durch die Poren schlüpfen könnten. Die Stärke der elektrostatischen Ladung wird hierfür als Parameter in die Modellierung integriert.

Die Fraunhofer-Forschenden beschränken sich bei der Anwendung der Methode keineswegs nur auf Masken und Luftfilter. Ihre Technologie lässt sich ganz allgemein in der Produktion von Vliesstoffen einsetzen, beispielsweise auch bei Stoffen für die Filtration von Flüssigkeiten. Auch die Herstellung von schalldämmenden Vliesstoffen lässt sich mit ProQuIV-Methoden optimieren.

Die Heimtextil Trend Preview 23/24 präsentierte im Herbst richtungsweisende Designkonzepte und Inspirationen für die textile Einrichtungsbranche. Mit „Textiles Matter“ will die Heimtextil 2023 Maßstäbe für die zukunftsorientierte und nachhaltige textile Einrichtung von morgen setzen. Dabei steht Kreislaufwirtschaft im Mittelpunkt. Marta Giralt Dunjó von der Zukunftsforschungsagentur FranklinTill (Großbritannien) stellte die Design-Prognose 23/24 vor. Auf der Heimtextil, vom 10. bis 13. Januar 2023 in Frankfurt am Main, werden die Neuheiten im Trend Space Impulse inszeniert.

Der Trend Council der Heimtextil, bestehend aus dem Studio FranklinTill (London), dem Stijlinstituut Amsterdam und der dänischen Agentur SPOTT Trends & Business, analysierte die Zukunft für den nationalen und internationalen Markt. Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft stehen dabei so stark wie nie zuvor im Fokus.

Textiles Matter: Verantwortung tragen
Textilien sind aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. So vielfältig die Ansprüche der Nutzer*innen sind, so vielfältige sind auch die Einsatzzwecke der Materialien und ihre Herstellung. Dies stellt die internationale Industrie vor eine große Herausforderung. Die Textilindustrie bezieht ihre Rohstoffe aus einer Vielzahl von Quellen und nutzt zahlreiche Verfahren zur Herstellung der Vielfalt ihrer Produkten. Dies bietet großes Potenzial für eine nachhaltige Weiterentwicklung der Branche. Die Heimtextil Trends zeigen Möglichkeiten auf, dieses Potenzial zu nutzen und nachhaltige Entwicklung zu fördern. Unter dem Motto „Textiles Matter“ werden Ansätze der Kreislaufwirtschaft vorgestellt, die dem Markt Impulse für eine nachhaltige Entwicklung liefern.

"In Anbetracht des ökologischen Notstands, in dem wir uns derzeit befinden, steht die Textilindustrie in der Verantwortung, ihre Prozesse zu überprüfen und zum Besseren zu verändern. Aus diesem Grund verfolgen wir bei dieser Ausgabe der Heimtextil Trends einen materialorientierten Ansatz und konzentrieren uns auf die Beschaffung, das Design und die Nachhaltigkeit von Materialien. Textiles Matter zeigt das Potenzial der Kreislaufwirtschaft auf und würdigt Designinitiativen, die schön, relevant und vor allem nachhaltig sind", erklärt Marta Giralt Dunjó von FranklinTill.

Wandel durch Kreislaufwirtschaft
Die nachhaltigen und zukunftsweisenden Trends werden im Trend Space der Heimtextil, vom 10. bis 13. Januar 2023 in Frankfurt, systemisch inszeniert und bilden das Herzstück der Fachmesse. Für Besucher*innen aus aller Welt bieten die Trends eine Orientierung und ermöglichen den Blick in die Zukunft der Wohn- und Objekttextilien. Auf der Messe geht es um Ideen und Lösungsansätze der textilen Kreislaufwirtschaft: Wie werden Textilien nachhaltig produziert? Welche Möglichkeiten der Wiederverwertung gibt es? Wie sieht optimales Recycling textiler Produkte aus? Im Rahmen der Kreislaufwirtschaft werden Materialien immer wieder einem Nutzungskreislauf hinzugefügt. Somit verringert sich auf der einen Seite der Bedarf an neuen Rohstoffen und auf der anderen Seite die Produktion von Abfall. Anorganische Materialien wie Nylon, Polyester, Kunststoffe oder Metalle können im technischen Kreislauf ohne Qualitätsverlust recycelt und wiederverwendet werden. Organische Materialien wie Leinen oder Bast werden im biologischen Kreislauf wieder in die Natur zurückgeführt. Die vier Trend-Themen „Make and Remake“, „Continuous“, „From Earth“ und „Nature Engineered“ leiten sich daraus ab.

Make and Remake
Gebrauchte Materialien, Altbestände oder Stoffreste erhalten ein neues Leben. Dabei rückt die Ästhetik des Reparierens in den Fokus und wird als gezieltes Designelement des recycelten Produkts eingesetzt. Mit hellen und fröhlichen Farben und Techniken wie Überdrucken, Überfärben, Bricolage, Collage oder Patchwork entstehen neue und kreative Produkte. Überlagerte Farbmuster und Grafiken führen zu gewagten und maximalistischen, zugleich bewussten Designs.

Continuous
Das Trend-Thema Continuous beschreibt geschlossene Kreisläufe, in denen Materialien immer wieder zu neuen, abfallfreien Produkten recycelt werden. Vermeintliche Abfallstoffe werden getrennt und zu neuen Fasern, Verbundwerkstoffen und Textilien wiederaufbereitet. Synthetische sowie zellulosehaltige Garne werden somit abfallfrei produziert. Dank technisch fortgeschrittener Rückgewinnungsverfahren behalten die Materialien ihre ursprüngliche Qualität und Ästhetik. Zweckmäßigkeit, Minimalismus und Langlebigkeit bestimmen das Design der Continuous Produkte.

From Earth
Hier stehen die Natürlichkeit und der Einklang mit der Natur der organischen Materialien im Mittelpunkt. Natürliche Färbungen vermitteln Wärme und Weichheit. Unvollkommene Texturen, Abnutzungen und Unregelmäßigkeiten präsentieren eine ökologische und erdverbundene Ästhetik. Erdige und botanische Farbtöne, natürliche Variationen und haptischer Reichtum dominieren den Bereich From Earth. Unbearbeitete und rohe Oberflächen sowie ungebleichte Textilien, natürliche Farbstoffe betonen die Materialien in ihrem ursprünglichen Zustand.

Nature Engineered
Natürlichkeit wird neu interpretiert. Nature Engineered wertet organische Materialien wie Bast, Hanf, Leinen und Nesseln mit mechanischen Mitteln auf und perfektioniert diese. Modernste Techniken bereiten natürliche Textilien zu anspruchsvollen und intelligenten Produkten auf. Klare Linien und Formen, kombiniert mit weichen Beige- und Brauntönen kennzeichnen dieses Thema.

• Erfolgreiche Bewilligung der 2. Förderperiode des DFG-Graduiertenkollegs 2430 „Interaktive Faser-Elastomer-Verbunde“

Dresdner Forschende wollen eine völlig neue Werkstoffklasse entwickeln, bei der Aktoren und Sensoren in flexible Faserverbundwerkstoffe integriert werden. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) bewilligte dazu die 2. Phase des Graduiertenkollegs 2430 „Interaktive Faser-Elastomer-Verbunde“ an der TU Dresden in Kooperation mit dem Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden. Sprecher ist Professor Chokri Cherif vom Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) der TU Dresden. In den nächsten 4,5 Jahren werden neben Sach- und Projektmittel insgesamt 22 Doktorandinnen und Doktoranden in 11 interdisziplinären Teilprojekten gefördert.

Ziel ist die simulationsgestützte Entwicklung intelligenter Werkstoffkombinationen für autarke Faserverbundwerkstoffe. Dabei werden Aktoren und Sensoren in die Strukturen integriert und müssen nicht mehr wie bisher nachträglich platziert werden. In der ersten Förderphase wurden hierfür wichtige Grundsteine gelegt, um große zweidimensionale Verformungen in weichen, biomimetischen Strukturen zu erzielen. Die weitere Förderung durch die DFG ist eine Bestätigung für die herausragenden bisherigen Ergebnisse. Darauf aufbauend stehen in der zweiten Förderphase ionische und helixförmige Aktor-Sensor-Konzepte im Fokus. Durch die Kombination mit intelligenten Auslegungs- und Regelungsalgorithmen werden autarke, sich dreidimensional verformende Materialsysteme entstehen. So werden diese Systeme robuster, komplexe Vorformungsmuster lassen sich an der gewünschten Stelle maßgeschneidert einstellen – und zwar reversibel und berührungslos.

Faserverbundwerkstoffe werden aufgrund der hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten sowie der Möglichkeit zur maßgeschneiderten Einstellung dieser Eigenschaften immer stärker in bewegten Komponenten eingesetzt. Durch die Integration adaptiver Funktionalitäten in derartige Werkstoffe, entfällt die Notwendigkeit einer nachträglichen Aktorplatzierung und die Robustheit des Systems wird signifikant verbessert. Besonders vielversprechend sind dabei Aktoren und Sensoren auf textiler Basis, wie sie am ITM erforscht und entwickelt werden, da diese direkt im Fertigungsprozess in die Faserverbundwerkstoffe integriert werden können.

Mit ihren innovativen Eigenschaften sind interaktive Faser-Elastomer-Verbunde für zahlreiche Anwendungsfelder im Maschinen- und Fahrzeugbau, in der Robotik, Architektur, Orthetik und Prothetik prädestiniert: Beispiele sind Systeme für präzise Greif- und Transportvorgänge (z.B. bei Handprothesen, Verschlüssen und verformbaren Membranen) und Bauteile (z.B. Trimmklappen für Land- und Wasserfahrzeuge).

Der 3D-Druck ist in der Architektur längst angekommen, jetzt soll er auch ökologisch nachhaltig werden: Das LZH forscht zusammen mit Partnern daran, wie man individuelle Bauelemente aus Naturfasern mittels Additiver Fertigung herstellen kann.

Im Projekt 3DNaturDruck sollen aus naturfaserverstärkten Biopolymeren im 3D-Druck architektonische Bauteile, wie etwa Fassadenelemente entstehen. Dafür werden die Wissenschaftler:innen die entsprechenden Kompositmaterialien aus Biopolymeren sowohl mit Naturkurzfasern, als auch mit Naturendlosfasern entwickeln und für die Verarbeitung mit dem additiven Fertigungsverfahren FDM (Fused Deposition Modeling) optimieren. Das Ziel der Projektpartner: Smarte und innovative Designs ermöglichen, die gleichzeitig ökologisch und nachhaltig sind.

Das Ziel: Hochentwickelte Bauteile aus nachhaltigen Materialien
Innerhalb des Projektes werden unterschiedliche naturfaserverstärkte Biopolymer-Komposite untersucht. Die Partner forschen sowohl an Verarbeitungsverfahren mit sehr kurzen Naturfasern, etwa aus Holz und Stroh, als auch an einem Verfahren für den Druck von Endlosfasern aus Hanf und Flachs in Kombination mit Biopolymeren. Das LZH entwickelt dann Prozesse für diese neuen Materialien und passt Werkzeuge und Düsengeometrien des FDM-Druckers an. Als Demonstrator soll ein Pavillon mit den 3D-gedruckten Fassadenelementen auf dem Campus der Universität Stuttgart entstehen.
 
Die Projektpartner wollen erforschen, wie mit der Additiven Fertigung Herstellungsverfahren für architektonische Bauteile vereinfacht werden können. Naturfaserverstärkte Biopolymere sind dabei besonders geeignet, um Bauteile mit komplexen Geometrien mit wenigen Arbeitsschritten und geringem Material- und Kostenaufwand zu realisieren. Mit ihrer Forschung arbeiten die Partner außerdem an gänzlich neuen Ausgangsbedingungen für die Fabrikation von neu entwickelten architektonischen Bauteilen: So lässt sich etwa die Topologieoptimierung von Bauteilen entsprechend ihrer tragwerkstechnischen Beanspruchung mit der Additiven Fertigung gut umsetzen.

Naturfaser-Trend in der Architektur auch mittels Additiver Fertigung ermöglichen
Interesse am Einsatz von Naturfasern in strukturellen Bauteilen in Architektur und Bauwesen ist groß, denn Naturfasern haben gleich mehrere Vorteile. Sie verfügen über gute mechanische Eigenschaften bei gleichzeitig geringem Gewicht und sind in hohem Maß verfügbar. Als nachwachsende Ressource mit teilweise sehr kurzen Erneuerungszyklen sind sie außerdem ökologisch klar die bessere Alternative als synthetische Fasern.

In der Additiven Fertigung werden großformatige Elemente für den Architekturbereich bisher meist mit Polymeren auf Basis fossiler Rohstoffe gefertigt. Die Forschung im Projekt 3DNaturDruck soll die Verwendung von Naturfasern in der Architektur nun auch für die Additive Fertigung möglich machen.

Über 3DNaturDruck
Im Projekt 3DNaturDruck geht es um das Design und die Fabrikation von 3D-gedruckten Bauteilen aus Biokompositen unter Verwendung von Filamenten mit Endlos- und Kurznaturfasern.

Koordiniert wird das Projekt von der Abteilung Biobasierte Materialien und Stoffkreisläufe in der Architektur (BioMat) am Institut für Tragkonstruktion und Konstruktives Entwerfen (ITKE) der Universität Stuttgart. Projektpartner sind neben dem LZH das Fraunhofer-Institut für Holzforschung Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI) sowie die Industrieunternehmen Rapid Prototyping Technologie GmbH (Gifhorn), ETS Extrusionstechnik (Mücheln), 3dk.berlin (Berlin) und ATMAT Sp. Z o.o. (Krakau, Polen).

Das Projekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft von der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. unter dem Förderkennzeichen 2220NR295C gefördert.