Aus der Branche

Die Gewinner der diesjährigen Innovation Awards der internationalen Leitmessen Techtextil und Texprocess stehen fest. 15 Preisträger in acht Kategorien erhalten die Auszeichnung für wegweisende Forschung, neue Produkte, Verfahren oder Technologien. Die prämierten Innovationen zeigen textile Lösungen als essenzielle Treiber für Weiterentwicklungen in zahlreichen Branchen wie Luftfahrt, Automobil, Medizin oder Bau.

Gewinner Techtextil Innovation Award

Flugzeuge besser recyceln
Leichter als viele Metalle und flexibel im Design: Faserverbundwerkstoffe sind aus der modernen Luft- und Raumfahrt nicht mehr wegzudenken. Die textilverstärkten Leichtbaumaterialien, meist eine Mischung aus Glas- oder Kohlenstofffasern und Kunstharz, reduzieren das Gewicht von Flugzeugen – und damit deren Treibstoffverbrauch – so stark, dass manche modernen Flieger inzwischen zu mehr als 50 Prozent aus ihnen bestehen. Damit stellt sich auch immer dringlicher die Frage nach dem Recycling dieser Verbundmaterialien. Für ein neues Verfahren, mit dem Flugzeugteile aus thermoplastischem Faserverbund künftig besser recycelt werden können sollen, erhält das belgische Textilforschungsinstitut Centexbel den Techtextil Innovation Award in der Kategorie „New Approaches on Sustainability & Circular Economy“. Das prämierte Verfahren, dessen Entwicklung nach Angaben von Centexbel eng von Airbus begleitet wurde, nutzt Induktionswärme. Mit ihrer Hilfe kann man verschweißte thermoplastische, textilverstärkte Verbundwerkstoffe erhitzen und anschließend voneinander lösen. Stringer, Teile von Tragflächen und andere textilbasierte Flugzeugteile sollen sich so künftig besser trennen und wiederverwenden lassen.

Smartes Dach
Der Techtextil Innovation Award in der Kategorie „New Product“ geht an das portugiesische Technologiezentrum für Textil- und Bekleidungsindustrie CITEVE für ein intelligentes, textilverstärktes Abdichtungssystem für Flachdächer. Das „Smart Roofs System“ (SRS) besteht aus einer thermisch reflektierenden, flüssigen Abdichtungsmembran auf Wasserbasis und einer intelligenten textilen Verstärkungsstruktur aus einem Jacquard-Gewebe aus recyceltem Polyester. Diese enthält elektronische Garne, die auf Wärme, Temperatur und Feuchtigkeit reagieren. Das innovative System bietet laut CITEVE eine bessere technische Leistung und ist nachhaltiger als bisherige Lösungen für Flüssigmembranen.

Drei Preisträger in der Kategorie „New Technology“:

Selbstkühlende Textilien gegen Klimawandel-Folgen
Eine neuartige Beschichtung für selbstkühlende Textilien der Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF) erhält einen Techtextil Innovation Award in der Kategorie „New Technology“. Anders als Sonnenschirme oder Markisen, die die Sonneneinstrahlung nur indirekt abhalten, ermöglicht die Beschichtung es Textilien, selbst aktiv zu kühlen. Dazu reflektiert sie nicht nur das Sonnenlicht, sondern strahlt auch Wärmeenergie wieder ab. Die Entwicklung der Beschichtung erfolgt auch vor dem Hintergrund steigender Temperaturen durch den Klimawandel. Der Kühlenergiebedarf in Städten sei zwischen 1970 und 2010 um 23 Prozent gestiegen. Bisher sorgen vor allem Ventilatoren und Klimaanlagen für Abkühlung. Doch die verbrauchen viel Strom: Bereits 2018 schätzte die Internationale Energieagentur (IEA), dass rund zehn Prozent des weltweiten Strombedarfs auf Klimaanlagen und Ventilatoren entfallen; 2050 könnten Klimaanlagen laut IEA nach der Industrie der zweitgrößte Treiber des globalen Energiebedarfs sein.

Besserer Schutz vor Sepsiserregern
Sepsis, auch bekannt als Blutvergiftung, ist weltweit für jeden fünften Todesfall verantwortlich. Ursache der Infektion sind häufig Mikroorganismen wie Bakterien, Pilze oder Viren, die auch in Krankenhauswäsche vorkommen und von dort über Wunden in den Körper gelangen können. Das hessische Unternehmen Heraeus Precious Metals erhält einen Techtextil Innovation Award in der Kategorie „New Technology“ für eine neue antimikrobielle Technologie, die Krankenhauspatient*innen künftig besser vor Sepsiserregern schützen soll. Dabei handelt es sich um ein Additiv auf Edelmetallbasis mit dem Namen AGXX. Kleidung und Bettwäsche in Krankenhäusern und Pflegeeinrichtungen sollen so künftig besser antimikrobiell ausgestattet werden können als mit derzeitigen Lösungen. Und so funktioniert es: In Textilien eingearbeitet, löst AGXX durch das Zusammenwirken der Edelmetalle Silber und Ruthenium eine katalytische Reaktion aus, die reaktiven Sauerstoff erzeugt, der Mikroorganismen wirksam abtöten soll. Die antimikrobielle Wirksamkeit der prämierten Neuentwicklung konnte Heraeus nach eigenen Angaben bisher bei 130 verschiedenen Mikroorganismen nachweisen und zudem zeigen, dass diese auch nach 100 Wäschen im Textil erhalten bleibt.

Smarte Textilpumpe hält Kleidung trocken
Bei Kleidung ist Komfort einer der wichtigsten Aspekte. Er leidet schnell, wenn ein Kleidungsstück nass wird, zum Beispiel durch Schweiß. Um diesen künftig schon während des Tragens aus Hemd oder Jacke zu entfernen, hat das schwedische Unternehmen LunaMicro eine intelligente Feuchtigkeitsmanagement-Technologie entwickelt. Dabei handelt es sich um ein mehrlagiges, poröses Textil, das mit einer kleinen Batterie verbunden ist. Eingearbeitet in ein Kleidungsstück, soll diese smarte Textilpumpe Flüssigkeiten wie Schweiß aktiv aus dem Inneren der Kleidung nach außen befördern und die Träger*innen trocken halten. Für die in Schweden und den USA patentierte elektroosmotische Textilpumpe erhält das Unternehmen einen Techtextil Innovation Award in der Kategorie „New Technology“. Die Innovation soll schon bald in Outdoor- und Arbeitsschutzkleidung sowie in persönlicher Schutzausrüstung (PSA) zum Einsatz kommen.

Zwei Preisträger in der Kategorie “New Concept”:

Nachhaltiges Bauen: Bis zu 30 Prozent Beton einsparen
Rund 40 Prozent der globalen CO2-Emissionen entfallen derzeit auf den Bau- und Gebäudebereich. Vor allem bei der Herstellung von Beton, einem der wichtigsten Baustoffe, werden große Mengen CO2 freigesetzt. Das Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) und das Institut für Massivbau (IMB) an der TU Dresden erhalten einen von zwei Techtextil Innovation Awards in der Kategorie „New Concept“ für ein neues Fertigungsverfahren von Betonfertigteilen unter Verwendung von Carbon, mit dem sich bis zu einem Drittel Beton einsparen lassen soll. Darum geht es: Um Material zu sparen, kommen im Neubau vorzugsweise sogenannte Hohlkörperdecken zum Einsatz. Das sind Betonfertigteile, die im Gegensatz zu massiven Stahlbetondecken Hohlräume enthalten und daher weniger Beton benötigen. Mit dem neuen Fertigungsverfahren, das die Institute mit Unternehmen der Textil- und Baubranche entwickelt haben, lassen sich Hohlkörperdecken-Betonfertigteile mit Carbon herstellen, die künftig noch weitaus mehr Beton und damit CO2 einsparen sollen. Mit dem prämierten Verfahren sollen sich Privat- und Industriegebäude schon bald nachhaltiger und ressourcenschonender bauen lassen als bisher.

Veganes Leder aus Hanfabfällen
Ebenfalls in der Kategorie „New Concept“ wird das Biotech-Start-up Revoltech mit einem Techtextil Innovation Award ausgezeichnet. Das junge Unternehmen aus Darmstadt erhält den Preis für seinen veganen, vollständig recycelbaren Lederersatz aus Hanffasern namens „LOVR“ (ein Akronym für „lederähnlich, ohne Plastik, vegan, reststoffbasiert“). Laut Revoltech ist es der „weltweit erste wirklich zirkuläre Lederersatz“. Vegane Lederalternativen hätten bisher oft zwei Probleme: Entweder seien sie nicht rein pflanzlich, weil sie erdölbasierte Bestandteile enthielten, oder sie würden im Labor gezüchtet und seien daher schwer skalierbar. LOVR dagegen vereint laut Fuhrmann Skalierbarkeit und 100-prozentige Kompostierbarkeit. Die für LOVR verwendeten Hanfabfälle stammen aus dem industriellen Hanfanbau. Der prämierte Lederersatz ist Revoltech zufolge bereits in Schuhen und in einem Konzeptfahrzeug des Autoherstellers KIA im Einsatz. Bald soll er auch bei Polstermöbeln, in Autoinnenräumen und Bekleidung für mehr Nachhaltigkeit sorgen.

Zwei Preisträger in der Kategorie “New Technologies on Sustainability & Recycling”:

Fasern nachhaltiger zu 3D-Formen verbinden
In der Kategorie „New Technologies on Sustainability & Recycling“ geht ein Techtextil Innovation Award an Norafin Industries aus dem sächsischen Mildenau. Der Preis würdigt das neue Verfahren „Hydro-Shape“, mit dem sich Fasern mit Hochdruckwasserstrahlen zu einer 3D-Form verbinden lassen. „Statt nur textile Flächen zu erzeugen, können mit dem neuen Verfahren dreidimensionale Strukturen von der Faser bis zum Endprodukt in einem Schritt hergestellt werden. Im Ergebnis entstehe ein textiles 3D-Produkt, das in Sachen Abfallreduzierung neue Wege gehe und zudem aus biologisch abbaubaren Naturfasern hergestellt werden könne. Die Entwicklung der Technologie erfolgte laut Jolly auch vor dem Hintergrund der Single-Use-Plastics Directive, einer EU-Richtlinie zur Bekämpfung von Einwegplastik, die 2021 in Kraft trat. Auf der Techtextil will Norafin das nun ausgezeichnete Fügeverfahren erstmals der Öffentlichkeit vorstellen.

Biobasierte Isolationstextilien statt synthetischer Dämmstoffe
Eine gute Wärmedämmung von Gebäuden ist wichtig für den Klimaschutz, denn sie reduziert den Energieverbrauch und damit die benötigte Heizenergie. Dämmstoffe wie Polyurethan oder Styropor dämmen zwar gut, enthalten aber auch fossile Rohstoffe. Um solche synthetischen Materialien in Zukunft zu ersetzen und nachhaltiger zu dämmen, hat das Aachener Start-up SA-Dynamics gemeinsam mit Industriepartnern recycelbare Dämmtextilien aus biobasierten Aerogelfasern entwickelt. Dafür erhält das Unternehmen den zweiten Techtextil Innovation Award in der Kategorie „New Technologies on Sustainability & Recycling“. Die EU und Regierungen vieler Staaten setzen auch bei der Gebäudedämmung verstärkt auf regulatorische Maßnahmen für mehr Klima- und Umweltschutz. Die neuen Isolationstextilien aus Aerogelfasern, die zu über 90 Prozent aus Luft bestehen und sich auf Textilmaschinen verarbeiten lassen, sollen synthetische Dämmstoffe in ihrer Schutzwirkung sogar übertreffen

Zur Techtextil, die Ende April 2024 in Frankfurt stattfindet, werden die Unternehmen Kelheim Fibres und Gebr. Otto ihr gemeinsames Konzept präsentieren, das Periodenunterwäsche nachhaltiger und leistungsfähiger macht. Auf dem BW-i-Gemeinschaftsstand bzw. auf dem Gemeinschaftsstand des IVGT zeigen die Innovationspartner ihre Lösung einer Periodenunterwäsche aus biobasierten Materialien, die sich durch Performancewerte hervorsticht. Die verschiedenen Viskosespezialfasern, die dabei zum Einsatz kommen, stammen von Kelheim. In der jeweils passenden Zusammensetzung verspinnt sie Gebr. Otto.

Rund 15.000 Produkte zur Monatshygiene verbraucht eine Frau durchschnittlich in ihrem Leben. Dabei handelt es sich hauptsächlich um Einwegprodukte, durch die viele Tonnen Müll entstehen, und deren Plastikkomponenten bis zu 500 Jahre brauchen, bis sie – nachdem sie in immer kleinere und kleinste Teile zerfallen sind - abgebaut sind. Produkte zur weiblichen Monatshygiene, Einweg- wie Mehrwegprodukte, nachhaltiger zu gestalten, ist seit einigen Jahren Trend. In diese Kategorie gehören nicht nur biologisch abbaubare Einwegprodukte, sondern auch waschbare Periodenslips, die etablierte Wäschehersteller ebenso wie Start-ups anbieten.

Die Periodenunterwäsche ist aus mehreren Lagen mit unterschiedlichen Funktionen aufgebaut –das Topsheet muss Flüssigkeit schnell aufnehmen und vom Körper wegleiten, die anschließende Verteilerschicht (Acquisition-Distribution-Layer, ADL) sorgt für eine zügige und ideale Verteilung der Flüssigkeit im Saugkörper. Dieser schließt die Flüssigkeit ein und hält sie in seinem Inneren fest und verhindert so ein mögliches Rücknässen. Das Ergebnis ist ein Prototyp, der bei Schnelligkeit und Kapazität der Flüssigkeitsaufnahme sowie Rücknässung deutlich bessere Werte erzielt als handelsübliche Lösungen.

Die DITF leiten das Verbundprojekt „DACCUS-Pre*“. Die Grundidee des Projektes ist es, einen neuen Baustoff zu entwickeln, der langfristig Kohlenstoff speichert und der Atmosphäre sogar mehr CO₂ entnimmt, als bei seiner Herstellung freigesetzt wird.   

In Zusammenarbeit mit der Firma TechnoCarbon Technologies ist das Vorhaben inzwischen fortgeschritten – ein erster Demonstrator als Hauswandelement konnte realisiert werden. Dieser besteht aus drei Werkstoffen: Naturstein, Carbonfasern und Biokohle. Jede einzelne Komponente trägt dabei in unterschiedlicher Art und Weise zu der negativen CO₂-Bilanz des Werkstoffs bei:

Zwei Gesteinsplatten aus Naturstein bilden die Sichtwände des Wandelements. Durch die mechanische Bearbeitung des Materials, dem Zusägen in Gesteinstrennmaschinen, fallen nennenswerte Mengen an Gesteinsstaub an. Dieser ist durch seine große spezifische Oberfläche sehr reaktionsfreudig. Durch Silikatverwitterung des Gesteinsstaubs wird einen große Menge CO₂ aus der Atmosphäre dauerhaft gebunden.

Carbonfasern in Form von technischem Gewebe verstärken die Seitenwände der Wandelemente. Sie nehmen Zugkräfte auf und sollen, analog zu Verstärkungsstahl in Beton, den Baustoff stabilisieren. Die verwendeten Carbonfasern sind biobasiert, hergestellt auf der Basis von Biomasse. Lignin-basierte Carbonfasern, wie sie an den DITF Denkendorf seit langem technisch optimiert werden, sind für diese Anwendung besonders geeignet: Sie sind durch niedrige Rohstoffkosten günstig und haben eine hohe Kohlenstoffausbeute. Außerdem sind sie nicht, wie Verstärkungsstahl, anfällig für Oxidation und dadurch wesentlich länger haltbar. Wenngleich Carbonfasern in der Herstellung energieintensiver sind als Stahl, wie er in Stahlbeton verwendet wird, so wird doch nur eine geringe Menge für den Einsatz im Baustoff benötigt. Dadurch ist die Energie- und CO₂-Bilanz erheblich besser als für Stahlbeton. Durch die Verwendung von Solarwärme und Biomasse zur Herstellung der Carbonfasern und die Verwitterung der Steinstäube wird die CO₂-Bilanz des neuen Baumaterials insgesamt sogar negativ, wodurch CO₂-negatives Bauen von Gebäuden möglich wird.

Die dritte Komponente des neuen Baumaterials besteht aus Biokohle. Diese kommt als Füllmaterial zwischen den beiden Gesteinsplatten zum Einsatz. Die Kohle wirkt als effektives Dämmmaterial. Sie ist zusätzlich ein dauerhafte CO₂-Speicherquelle, die in der CO₂-Bilanz des gesamten Wandelements eine nennenswerte Rolle spielt.

Aus technischer Sicht ist der bereits realisierte Demonstrator, ein Wandelement für den konstruktiven Bau, weit ausgereift. Als Naturstein wurde ein Gabbro aus Indien verwendet, der optisch hochwertig und für hohe Lastaufnahmen geeignet ist. Das wurde in Lasttests nachgewiesen.  Biobasierte Carbonfasern dienen als Decklagen der Gesteinsplatten. Die Biokohle der Firma Convoris GmbH zeichnet sich durch besonders gute Wärmeisolationswerte aus.

Die CO₂-Bilanz einer Hauswand aus dem neuen Werkstoff wurde berechnet und der von etabliertem Stahlbeton gegenübergestellt. Es ergibt sich eine Differenz in der CO₂-Bilanz von 157 CO₂-Equivalenten je Quadratmeter Hauswand. Eine deutliche Einsparung!

* (Methods for removing atmospheric carbon dioxide (Carbon Dioxide Removal) by Direct Air Carbon Capture, Utilization and Sustainable Storage after Use (DACCUS).

Die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF) haben mit Unterstützung des Landes Baden-Württemberg ihr Schmelzspinntechnikum modernisiert und maßgeblich erweitert. Die neue Anlage ermöglicht Forschung an neuen Spinnverfahren, Faser-Funktionalisierungen, und an nachhaltigen Fasern aus bioabbaubaren und biobasierten Polymeren.

Im Bereich Schmelzspinnen bearbeiten die DITF mehrere Forschungsschwerpunkte, zum Beispiel die Entwicklung von verschiedenen Fasern für medizinische Implantate oder von Fasern aus Polylactid, einem nachhaltigen biobasierten Polyester. Weitere Schwerpunkte sind die Entwicklung flammhemmender Polyamide und ihre Verarbeitung zu Fasern für Teppich- und Automobil-Anwendungen sowie die Entwicklung von Carbonfasern aus schmelzgesponnenen Präkursoren. Neu ist auch die Entwicklung einer biobasierten Alternative zu erdölbasierten Polyethylenterephtalat (PET)-Fasern zu Polyethylenfuranoat (PEF)-Fasern. Die Bikomponentenspinntechnik, bei der die Fasern aus zwei verschiedenen Komponenten hergestellt werden können, nimmt dabei einen besonderen Stellenwert ein.

Seit vor mehr als 85 Jahren Polyamid (PA) und viele andere Polymere entwickelt wurden, haben verschiedene schmelzgesponnene Fasern die textile Welt revolutioniert. Im Bereich der Technischen Textilien übernehmen sie vielfältige Funktionen: sie können – je nach der genauen Beschaffenheit – zum Beispiel elektrisch leitfähig oder lumineszent sein. Sie können über antimikrobielle Eigenschaften verfügen sowie flammhemmend sein. Sie eignen sich für den Leichtbau, für Anwendungen in der Medizin oder für die Dämmung von Gebäuden.

Um die Umwelt und Ressourcen zu schützen, sollen zukünftig einerseits mehr biobasierte Fasern eingesetzt werden und andererseits die Fasern nach der Nutzung besser rezykliert werden können. Hierzu forschen die DITF an nachhaltigen Polyamiden, Polyestern und Polyolefinen sowie an vielen weiteren Polymeren. Viele 'klassische', also erdölbasierte, Polymere können nach der Anwendung nicht oder nur unzureichend in ihre Bestandteile aufgelöst oder direkt rezykliert werden. Ein wichtiges Ziel neuer Forschungsarbeiten ist es deshalb, systematische Recycling-Methoden zu möglichst hochwertigen Fasern weiter zu etablieren.

Für diese Zukunftsaufgaben wurde im Januar an den DITF eine Bikomponenten-Spinnanlage der Firma Oerlikon Neumag in einer industriellen Größenordnung aufgebaut und in Betrieb genommen. Das BCF-Verfahren (bulk continuous filaments) erlaubt eine spezielle Bündelung, Aufbauschung und Verarbeitung der (Multifilament-) Fasern. Dieses Verfahren ermöglicht die großskalige Synthese von Teppichgarnen sowie die Stapelfaserproduktion, ein Alleinstellungsmerkmal in einem öffentlichen Forschungsinstitut. Ergänzt wird die Anlage durch ein sogenanntes Spinline-Rheometer. Damit können eine Reihe an messspezifischen chemischen und physikalischen Daten online und inline erfasst werden, was zum erweiterten Verständnis der Faserbildung beitragen wird. Außerdem wird ein neuer Compounder für die Entwicklung von funktionalisierten Polymeren und für das energiesparende thermomechanische Recycling von Textilabfällen eingesetzt.

Auf der diesjährigen JEC World zeigt das STFI Highlights aus dem Carbonfaserrecycling sowie einen neuen Ansatz von hanfbasierten Bastfasern, die als Bewehrung im Leichtbau vielversprechende Eigenschaften mitbringen.

Grünes Snowboard
Auf der JEC World in Paris vom 5. bis 7. März 2024 zeigt das STFI ein Snowboard der Firma silbaerg GmbH mit patentiertem anisotropen Kopplungseffekt aus Hanf und recycelten Carbonfasern mit biobasiertem Epoxidharz. An der Entwicklung des Boards waren neben silbaerg und STFI auch die Partner Circular Saxony - das Innovationscluster für die Kreislaufwirtschaft sowie FUSE Composite und die bto-epoxy GmbH beteiligt. Das grüne Snowboard wurde mit JEC Innovation Award 2024 in der Kategorie „Sport, Freizeit und Erholung“ ausgezeichnet.

VliesComp
Rezyklate in verschiedenen Leichtbaulösungen wieder in den Markt zu bringen, ist das Ziel der im Projekt VliesComp vereinigten Industriepartner Tenowo GmbH (Hof), Siemens AG (Erlangen), Invent GmbH (Braunschweig) und STFI. Beispielhaft wurden dabei unter anderem die Anwendungsfelder „Innovative E-Maschinenkonzepte für die Energiewende“ und „Innovative E-Maschinenkonzepte für die E-Mobilität“ betrachtet. Gezeigt wird auf der JEC World in Paris ein Leichtbaulagerschild für E-Motoren, das auf Basis von Hybridvliesstoffen – einer Mischung aus thermoplastischer Faserkomponenten und recycelter Verstärkungsfasern – sowie auch Vliesstoffen mit 100 % recycelten Verstärkungsfasern hergestellt wurde. Das Lagerschild wurde schlussendlich mit einem Rezyklatanteil von 100 % gefertigt. Die Untersuchungen ergaben, dass im Vergleich zur Variante aus Primärkohlenstofffasern im RTM-Verfahren eine Reduzierung des CO₂-Äquivalents um 14 % bei gleicher Leistung möglich ist. Die Berechnung zur Verwendung des Prepreg-Verfahrens unter Nutzung eines Bioharzsystems zeigt ein Potenzial zur Reduzierung des CO₂-Äquivalents um fast 70 %.

Bastfaserbewehrung
Zur Stabilitätserhöhung im Pflanzenstängel bilden sich im Rindenbereich Bastfasern aus, die den Stengel stützen, aber im Gegensatz zum starren Holz sehr flexibel aufgebaut sind und es ermöglichen, dass schlanke, hohe Pflanzen sich im Wind bewegen können, ohne zu brechen. Ein neues Verfahren gewinnt die Bastrinde des Hanfes durch Schälen. Die daraus erzielten Kennwerte, wie Zug-E-Modul, Bruchkraft und Dehnung, sind vielversprechend im Vergleich mit den am Markt verfügbaren Endlosrovingen aus Flachs. Das Material könnte als Bewehrung im Leichtbau seine Anwendung finden. Das STFI stellt zur JEC World Bewehrungsstäbe aus, die im Pultrusionsverfahren auf Basis biobasierter Bewehrungsfasern aus Hanfbast für mineralische Matrices, zu einem Gewirke verarbeitet wurden.

Das Aachener Startup SA-Dynamics entwickelt nachhaltige, biobasierte und biologisch abbaubare Isolationsmaterialen aus Aerogelfasern und setzt damit neue Maßstäbe beim ressourcenschonenden Bauen. Dafür wurden die an der RWTH Aachen ausgebildeten Gründer Dr. Sascha Schriever (Institut für Textiltechnik ITA), Maximilian Mohr (ITA), Dr. Jens Hofer (ITA Postdoc) und Dr. Christian Schwotzer (Institut für Ofenbau und Wärmetechnik IOB) mit dem ersten Platz des KUER.NRW Businessplan Wettbewerbs 2023 und einem Preisgeld in Höhe von 6.000 € prämiert.

SA-Dynamics setzt auf die beeindruckenden Eigenschaften von Aerogelfasern: Sie verfügen über hervorragende Dämmeigenschaften, sind leicht, langlebig, robust, vielseitig einsetzbar und durch ihre Flexibilität sehr gut auf herkömmlichen Textilmaschinen zu verarbeiten. Damit sind sie vergleichbar mit Styropor, aber dennoch nachhaltig, denn SA Dynamics verwendet biobasierte und biologisch-abbaubare Rohstoffe.

„Mit biobasierten Aerogelfasern können wir die Bauwelt revolutionieren“, erläutert ITA-Gründer Dr. Sascha Schriever. „Wenn alle Dämmmaterialien im Bau auf biobasierte Aerogelfasern umgestellt werden, können alle Bauherren ihrem Traum von einem nachhaltigen Haus verwirklichen.“

SA Dynamics ist ihrem Gründungsziel mit dem Gewinn des KUER.NRW 2023-Businessplan-Wettbewerbs ein gutes Stück nähergekommen. Die Ausgründung des Instituts für Textiltechnik (ITA) und des Instituts für Industrieofenbau und Wärmetechnik (IOB) der RWTH Aachen soll im Frühjahr 2025 erfolgen.

Butadien ist eine wichtige Plattformchemikalie, um Polymere – u.a. für die Produktion von Autoreifen – herzustellen. Bislang wird das Monomer aber meist auf Basis von Erdöl gewonnen. Eine alternative Syntheseroute haben Forschende des Fraunhofer UMSICHT im Rahmen des Projektes Power2C4 untersucht. Im Fokus: ein katalytisches Verfahren unter Einsatz regenerativ erzeugten Stroms.

»Butadien spielt eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Polymeren«, ordnet UMSICHT-Wissenschaftler Marc Greuel ein. Neben Polybutadien, das in Autoreifen Anwendung findet, können Polytetrahydrofuran (PTHF), Polybutylenterephtalat (PBT) und Polybutylensuccinat (PBS) aus dem Monomer erzeugt werden. »Der Haken: Aktuell wird Butadien zu 95 Prozent als Nebenprodukt beim thermischen Zersetzen von Rohbenzin zu Ethen gewonnen – unter Ausstoß von Kohlendioxid. Zudem werden die Preise für Butadien perspektivisch ansteigen, da sich die Rohstoffbasis für Ethen immer mehr in Richtung Schiefergas verschiebt und dadurch die Produktionskapazität für Butadien sinkt.« Das Interesse an einem alternativen Herstellungsprozess ist also nicht nur aus Klimaschutzgründen groß.

Die Frage, wie eine nachhaltigere, emissionsärmere und auch günstige Syntheseroute aussehen kann, stand im Zentrum des Projektes Power2C4. Angesiedelt im Kompetenzzentrum »Virtuelles Institut – Strom zu Gas und Wärme« hat es Expertinnen und Experten des Fraunhofer UMSICHT, des Gas- und Wärme-Instituts Essen e.V., des Energiewirtschaftlichen Instituts an der Universität zu Köln, des Forschungszentrums Jülich, der Ruhr-Universität Bochum, des Wuppertal-Instituts und des ZBT Duisburg zusammengeführt. Ihre Zielsetzung: Flexibilitätsoptionen vor dem Hintergrund der Energiewende zu untersuchen. Im Fokus des Teilprojekts Power2C4 stand ein neues katalytisches Herstellungsverfahren unter Einsatz regenerativ erzeugten Stroms. Ausgangspunkt ist Ethanol, das zum Beispiel im Zuge einer Hydrierungsreaktion aus CO2 und elektrolytisch erzeugtem Wasserstoff gewonnen wird. Dieses Ethanol dient in einem zweiten Schritt zur Synthese von Butadien mittels des sogenannten Lebedev-Prozesses.

Vielversprechendes Katalysatorsystem identifiziert
Da der erste Schritt bereits Gegenstand zahlreicher Forschungsaktivitäten ist, konzentrierten sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf die Weiterveredlung des Ethanols zu Butadien und die Verfahrenskopplung beider Schritte. »Wir haben u.a. ein neues Katalysatorsystem auf Basis eines synthetischen Saponiten identifiziert und anschließend synthetisiert«, erklärt Dr. Barbara Zeidler-Fandrich vom Fraunhofer UMSICHT. Die Testung der katalytischen Aktivität erfolgte in einer eigens konstruierten Versuchsanlage. »Aufbauend auf einem ersten Screening haben wir aussichtsreiche Materialien weiter optimiert. Das Ergebnis: Verglichen mit dem unmodifizierten Ausgangsmaterial lässt sich die Butadien-Selektivität im Rahmen der Katalysatoroptimierung deutlich erhöhen. Allerdings ist auch klar geworden, dass noch weiteres Potenzial zur Verbesserung der Katalysatorperformance besteht.«

Nachhaltigkeitsbewertung des Power-to-Butadien-Prozesses
Wie nachhaltig dieser Power-to-Butadien-Prozess wirklich ist, haben Dr. Markus Hiebel und Dr. Daniel Maga vom Fraunhofer UMSICHT in einer Life Cycle Analysis (LCA) untersucht. Beleuchtet haben sie dabei – neben unterschiedlichen Katalysatoren – die Herstellungsmethode von Ethanol und die Relevanz der eingesetzte Energiequelle. »Wir konnten zeigen, dass der Lebedev-Prozess je nach verwendeter Ethanol- und Energiequelle das Potenzial hat, Butadien und damit auch Styrol-Butadien-Kautschuk aus biobasiertem Ethanol oder CO2-basiertem Ethanol herzustellen und CO2-Emissionen zu reduzieren«, so Daniel Maga. »Damit ermöglicht der Power2C4-Prozess die Nutzung alternativer Kohlenstoffquellen.« Besonders die Nutzung von Ethanol aus Restbiomasseströmen wie Bagasse oder Stroh eröffne Wege, Treibhausgasemissionen von Butadien deutlich zu reduzieren. Zudem führe ein Strommix mit immer höheren Anteilen an erneuerbaren Energien zur Möglichkeit, Treibhausgasreduktionen über Carbon-Capture-and-Utilization-Prozesse (CCU) zu realisieren.
 
FÖRDERHINWEIS
Das Kompetenzzentrum »Virtuelles Institut – Strom zu Gas und Wärme« wird gefördert durch das »Operationelle Programm zur Förderung von Investitionen in Wachstum und Beschäftigung für Nordrhein-Westfalen aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung« (OP EFRE NRW) sowie durch das Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen.

Die Studentinnen Antonia Dannenberg und Nadine Bullerdiek vom Fachbereich Textil- und Bekleidungstechnik der Hochschule Niederrhein sind von der Wilhelm-Lorch-Stiftung ausgezeichnet worden. Dannenberg erhielt den Preis in der Kategorie Technik für ihre Arbeit „Graphen in alpiner Wintersportbekleidung“, Bullerdiek hatte die Jury mit ihrer englischsprachigen Arbeit „Dyeing of Poly(lactic acid) Fibres for Circular Textile Products“ überzeugen können. Der Preis ist mit 5000 Euro dotiert.

In der Arbeit von Antonia Dannenberg (Betreuende Professor:innen Dr. Robert Groten & Karin Stark) werden unterschiedliche mit Graphen ausgerüstete Polyesterproben hinsichtlich ihrer Wärmeleitfähigkeit untersucht. Graphen ist eine zweidimensionale Kohlenstoffatomschicht mit einzigartigen Eigenschaften. Viele Outdoor-Bekleidungshersteller bringen immer mehr mit Graphen ausgerüstete Produkte auf den Markt. Insbesondere in der alpinen Wintersportbekleidung gewinnt der Werkstoff zunehmend an Bedeutung.

Eingearbeitet in textile Flächen bzw. Bekleidung, soll Graphen diesen die Eigenschaft verleihen, Wärme von erhitzen Stellen der Bekleidung an kühlere Stellen zu leiten. Durch diesen Wärmeausgleich würden Sportler:innen potenziell weniger Energie verbrauchen und wären somit leistungsfähiger. Dannenbergs Arbeit hat sich mit der Frage auseinandergesetzt, ob Graphen tatsächlich zur Optimierung der Wärmeleitfähigkeit der Textilien beitragen.

Die durchgeführte Untersuchung hat gezeigt, dass die Wärme sich im aktuellen Forschungsstadium noch nicht wie gewünscht über das Textil verteilt. Keine Probe wies erkennbare Veränderungen auf. Zum jetzigen Zeitpunkt befindet sich die Übertragung der Eigenschaften von Graphen auf textile Flächen in einem frühen Forschungsstadium. Eine Kommerzialisierung von textilen Graphen-Produkten ist demnach aus Forschungssicht bisher noch nicht ausreichend umsetzbar. Aufgrund des weltweiten Interesses ist aber damit zu rechnen, dass in naher Zukunft das Material alltagstauglich und funktionsoptimierend in Bekleidung integriert werden kann. Antonia Dannenberg rundete ihre technische Arbeit mit einer zusätzlichen Designarbeit zum Thema Sportswear ab.

Nadine Bullerdiek hat sich in ihrer Bachelorarbeit („Dyeing of Poly(lactic acid) Fibres for Circular Textile Products”) mit dem Färben von PLA-Fasern für kreislauffähige textile Produkte auseinandergesetzt (Betreuende Professorin: Dr. Maike Rabe).

PLA-Fasern (engl. poly(lactic acid)) gelten als vielversprechende Alternative zu konventionellen Polyesterfasern. Sie sind biobasiert, recyclingfähig und unter industriellen Bedingungen biologisch abbaubar. Somit eignen sie sich für die Herstellung kreislauffähiger Textilien.

Das Problem: PLA-Fasern sind hydrolyseanfällig, besonders unter alkalischen Bedingungen und hohen Temperaturen. Dies bedeutet, dass es beim Färben im Wasserbad zu einem Festigkeitsverlust der Fasern kommen kann. Die Preisträgerin hat in ihrer Arbeit die Auswirkungen der Färbeparameter Zeit, Temperatur und pH-Wert auf die Festigkeit und Farbintensität eines PLA-Zwirns untersucht. So konnten die idealen Färbebedingungen mit möglichst hoher Farbintensität und möglichst geringem Festigkeitsverlust für das Färben des PLA-Zwirns mit Dispersionsfarbstoffen ermittelt werden. Die Arbeit wurde in Kooperation mit dem niederländischen Start-up Arapaha durchgeführt.

Absorbierende Hygieneprodukte wie Windeln, Damenbinden und Inkontinenzprodukte sind ein fester Bestandteil unseres täglichen Lebens. Allerdings enthalten die meisten dieser Produkte synthetische Komponenten und tragen somit zum globalen Plastikmüllproblem bei. So wird die Suche nach Alternativen immer dringlicher. Der Knackpunkt dabei: Nur Innovationen, die die gleiche Leistung und Zuverlässigkeit bieten wie konventionelle Produkte, können auf dem Markt erfolgreich sein. Schließlich möchte niemand in einem so sensiblen Bereich wie der Körperhygiene Kompromisse eingehen.

Kelheim Fibres ist derzeit in verschiedenen Entwicklungsprojekten tätig, um vollständig biobasierte AHP-Produkte (absorbierende Hygieneprodukte) zu konzipieren, die in Bezug auf Leistung keine Kompromisse eingehen. Dabei stützt sich das Unternehmen auf seine holzbasierten Spezialfasern, auf die auch die Tamponindustrie seit Jahrzehnten vertraut. Allerdings unterscheiden sich die Anforderungen bei AHP-Produkten, da jede Schicht eine spezifische Funktion erfüllen muss.

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, hat Kelheim Fibres eine Reihe funktionalisierter Spezialfasern entwickelt, darunter die hydrophobe Olea, die trilobale Galaxy® und die Hohlfaser Bramante. Diese Spezialfasern gewährleisten optimale Ergebnisse in jeder einzelnen Schicht des AHP-Produkts.

Dabei bestehen alle Fasern von Kelheim zu 100 % aus Holzzellstoff, der nur aus zertifizierten und nachhaltig bewirtschafteten Wäldern stammt. Sie sind vollständig biologisch abbaubar - Mikroorganismen im Boden und im Meer sorgen dafür, dass keine Rückstände bleiben.

Ein aktuelles Beispiel für eine solches Partnerprojekt ist die Entwicklung einer vollständig biobasierten Slipeinlage mit dem Vliesstoffhersteller Sandler und dem Hygieneartikelhersteller Pelz, die bereits in Kürze auf den Markt kommen soll.

Neben neuen Projekten im Bereich biobasierter Einweg- und Reusable-Lösungen zeigt Kelheim auch seine bereits bewährten Fasern auf der INDEX™23, etwa für Tampons oder Flushable Wipes.

Die RadiciGroup stellte Biofeel® Eleven, ein Garn natürlichen Ursprungs, auf der Messe Performance Days (die am 15. und 16. März in München stattfand) vor. Biofeel® Eleven wird aus Rizinusöl gewonnen und eignet sich zur Gewinnung von Bio-Polymer. Es kann für hochwertige Gewebe und Stoffe verwendet werden, die in zahlreichen Branchen zum Einsatz kommen: von der Mode bis hin zum Sport, vom Kraftfahrzeug bis hin zu Heimtextilien.

Heute befinden sich 80 % der Rizinus-Plantagen der Welt in Indien, vor allem in der Region Gujarat, wo die Klimabedingungen besonders günstig sind. Hier kann die lokale Bevölkerung durch den Anbau auf eher dürren Feldern, die für den Anbau von Lebensmitteln kaum geeignet sind, auf ein zusätzliches Einkommen zählen und die im Laufe der Zeit erworbenen Kompetenzen dieser Tätigkeit widmen. Dank der Forschung, Entwicklung und Innovation der Wertschöpfungskette wurden im Laufe der Jahre die Samen ausgewählt und zertifiziert, die entsprechend der Endverwendung die besten Qualitätsmerkmale des Endprodukts gewährleisten.

Die Bohnen des tropischen Wunderbaums enthalten circa 45 % Öl, das reich an Ricinolein ist, aus dem das biobasierte Polyamid 11 gewonnen wird, aus dem die RadiciGroup ihr Garn Biofeel® Eleven herstellt. Die Reste aus dem ersten Pressverfahren werden zu hocheffizientem Biodünger, der wieder dem Boden zurückgeführt wird.

Biofeel® Eleven kann zudem direkt in der Produktionsphase spinngefärbt werden, was zu großen Wasser- und Energieeinsparungen sowie einer besseren Farbstabilität führt.