Textination Newsline

Die Beziehung des Menschen zu Pflanzen ist weitgehend zweckorientiert und dient unseren Bedürfnissen. In der Regel essen wir sie oder stellen Dinge aus ihnen her.
 
Forscher des College of Human Ecology (CHE) haben einen Design- und Herstellungsansatz entwickelt, der diese Lebewesen zu Begleitern des Menschen macht. Die Samen werden in Hydrogelmaterial eingewebt, das unter anderem für Haarbänder, Armbänder, Hüte und Sandalen verwendet wird. Die Samen wachsen bei richtiger Pflege zu Sprossen heran.

„Während des größten Teils der Menschheitsgeschichte haben wir Seite an Seite mit Pflanzen gelebt, sie wurden von den Menschen genutzt, um sie als Nahrung zu verwenden oder zu Garnen für Stoffe zu spinnen“, sagt Cindy Hsin-Liu Kao, außerordentliche Professorin für Human Centered Design (CHE). „Wir sind wirklich daran interessiert, darüber nachzudenken, was es bedeuten könnte, wenn wir eine wechselseitige, kollaborative Beziehung zu Pflanzen aufbauen könnten. Könnte uns dies dabei helfen, unsere Beziehungen zur Umwelt neu zu gestalten und eine nachhaltigere Zukunft anzustreben?"

Ein berührungssensitives Haarband gehört zu den potenziellen Anwendungen von LivingLoom, einem Designforschungs- und Herstellungskonzept, das lebende Pflanzen in Textilien integriert. Weitere Anwendungen sind ein schützender Hut, ein Gartenkissen, eine gewebte Tasche aus Rattan und Sandalen, die zu Aktivitäten im Freien anregen.

Jingwen Zhu, Doktorand im Bereich Human Behavior Design, ist der Hauptautorin von “LivingLoom: Investigating Human-Plant Symbiosis Through Integrating Living Plants Into (E-)Textiles", das am 25. April veröffentlicht und von Zhu auf der Association for Computing Machinery Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI '25) vom 26. April bis 1. Mai in Yokohama, Japan, vorgestellt wurde. Die Arbeit wurde auf der Konferenz mit dem Best Paper Award ausgezeichnet, eine Auszeichnung, die den besten 1 % der eingereichten Arbeiten vorbehalten ist.

LivingLoom ist eine Erweiterung eines Prototyping-Ansatzes namens Eco-Threads, der im Hybrid Body Lab von Kao entwickelt wurde. EcoThreads umfasst zwei Herstellungsmethoden - Nassspinnen und Fadenbeschichtung - zur Herstellung funktionaler Garne aus Biomaterialien.

Beim Nassspinnen werden Polymere in ein Koagulationsbad extrudiert, wo sich das Polymer zu Fasern verfestigt. Der entscheidende Unterschied bei LivingLoom: Chia-Samen werden in die Spinnlösung, ein Hydrogel, eingearbeitet, so dass das entstehende Garn Samen enthält, die bei richtiger Pflege wachsen können.

Die Garne, in die das Saatgut eingebettet ist, werden dann mit einem digitalen Jacquard-Webstuhl zu Textilien verwoben, die neuartige Textilstrukturen bilden, die Wasser speichern und die Wurzeln unterstützen. Durch diesen Prozess werden die Samen mit Nährstoffen, Wachstumsraum und Wasser ausgestattet und wachsen dann in pflanzenintegrierten Textilien.

Kao und ihre Gruppe führten eine tagebuchbasierte Nutzerstudie durch, um herauszufinden, wie Menschen pflanzliche Textilien im Alltag tragen und pflegen würden. Die Forscher rekrutierten 10 Teilnehmer, die drei Tage lang ein LivingLoom-Armband trugen und ihre Beobachtungen aufzeichneten. Das Experiment wurde im Spätsommer durchgeführt, so dass die Teilnehmer während der Teilnahme kurze Ärmel tragen konnten.

Die Teilnehmer wurden gebeten, das Armband drei Tage lang täglich zwei bis acht Stunden zu tragen. Danach gaben sie die Armbänder zurück und wurden vom Forschungsteam befragt. Wenn der Benutzer das Gerät abnahm, legte er es in einen Behälter, um die wachsenden Pflanzen zu schützen.

Laut Zhu sagten mehrere der Teilnehmer, dass sie bereits Erfahrung mit der Pflege von Zimmerpflanzen hätten, aber „das war das erste Mal, dass es sich um ein Wearable handelte, so dass die Nähe sehr eng war und tatsächlich eine sehr intime Beziehung zu der Pflanze entstand“. Andere beschrieben die Symbiose zwischen ihnen und der Pflanze: Wenn die Pflanze zum Beispiel Wasser brauchte, durften auch sie etwas trinken.

Die Teilnehmer würden auch am Morgen nach einer guten Nachtruhe Parallelen feststellen. „Sie setzten die Pflanzen nachts wieder in den Container“, sagte Zhu, "und am Morgen stellten sie fest, dass die Pflanzen größer geworden waren. Das war so ähnlich, wie wenn sie sich durch ausreichend Ruhe wieder aufladen würden.“

Kao sagte, dass Zimmerpflanzen während der Pandemie immer beliebter wurden, da die Menschen mehr Zeit zu Hause verbrachten, aber die Nähe zwischen dem Träger und dem LivingLoom macht die Beziehung noch enger. „Man hat diese lebenden Pflanzen, diese lebenden Dinge, direkt auf der Hautoberfläche und ich denke, dass wir diese Erfahrung nur selten machen“, sagte sie.

Die Beziehung wurde für einige Teilnehmer emotional, meinte Zhu.

„Eine Teilnehmerin sagte, dass sie sich verbunden fühlte, als sie aufwachte und sah, dass die Sprossen wirklich gut wuchsen“, sagte sie. "Und eine Teilnehmerin bemerkte, dass sie sehr traurig gewesen sei, als eine der Sprossen abfiel, weil sie so nah an ihrem Körper war und sie sich dadurch sehr verbunden fühlte.

Zu den anderen potenziellen Einsatzmöglichkeiten der LivingLoom sagte Zhu: „Viele Leute waren der Meinung, dass der Hut und das Haarband sehr sinnvoll seien, da es sich um einen Bereich handelt, in dem die Menschen von Natur aus dekorative Accessoires tragen, die sie bei ihrer Tätigkeit nicht wirklich stören, und der von Natur aus dem Sonnenlicht ausgesetzt ist.“

Kao sagte, dass die LivingLoom auch in der digitalen Landwirtschaft und Lebensmittelwissenschaft Anwendung finden könnte. „Zusätzlich zum Saatgut können wir digitale Spuren und in das Garn eingebettete Sensoren einflechten, die zum Beispiel für die automatische Überwachung des Bodenzustands verwendet werden könnten“, sagte sie. „Es gibt ein großes Potenzial an Anwendungsfällen - nicht nur im Bereich der Wearables, sondern auch für unsere Umwelt.“

Weitere Co-Autoren sind Samantha Chang und Ruth Zhao, eine Studentin an der University of Pennsylvania.

Dieses Projekt wurde von der National Science Foundation, dem Cornell Atkinson Center for Sustainability Academic Venture Fund und dem College of Human Ecology Faculty Sustainability Research Grant unterstützt.

Hotelgäste, die ihr Zimmer individuell gestalten können, indem sie die Einrichtung, das Angebot der Snackbar und die Festigkeit ihrer Kissen auswählen, werden mit größerer Wahrscheinlichkeit zu treuen Kunden des Hotels und empfehlen es weiter.
 
Eine neue Studie, die im Cornell Hospitality Quarterly veröffentlicht wurde, kommt zu dem Ergebnis, dass Gäste, die ein gewisses Gefühl des Eigentums an ihrem Hotelzimmer entwickeln, eine stärkere Bindung an die Marke zeigen, nachdem sie ausgecheckt haben. Die Förderung des „psychologischen Eigentums“ an Hotelzimmern bietet eine neue, kosteneffiziente Strategie zur Stärkung der Kundenbindung, sagte Studienkoautorin Suzanne Shu, Dekanin der Fakultät und Forschung am SC Johnson College of Business der Cornell University und John S. Dyson Professor of Marketing an der Charles H. Dyson School of Applied Economics and Management.
 
„Diese sehr kleinen Veränderungen, wie z. B. die Möglichkeit, das Zimmer beim Einchecken selbst auszuwählen oder die Aufforderung, die Möbel umzustellen, können große Auswirkungen auf das Gefühl des Besitzes und die Loyalität der Gäste gegenüber dem Hotel haben“, so Shu.

Das Papier „Increasing Hotel Loyalty through Psychological Ownership“ (Erhöhung der Hoteltreue durch psychologisches Eigentum) stützt sich auf vier separate Studien, die die greifbaren Vorteile einer Erhöhung des psychologischen Eigentums der Gäste an ihren Zimmern aufzeigen. Die Studie definierte psychologisches Eigentum als einen Wahrnehmungszustand, der „am besten als das territoriale Gefühl beschrieben wird, dass etwas ‚meins‘ ist“.

Die Auswirkungen des psychologischen Besitzes von Hotelzimmern
Das Konzept des psychologischen Eigentums wurde bereits zur Untersuchung des Mitarbeiterverhaltens in Unternehmen verwendet, doch Shu und eine der Co-Autorinnen des Artikels, Joann Peck, Professorin für Marketing an der University of Wisconsin-Madison, waren die ersten Forscher, die es in einer 2009 veröffentlichten Arbeit auf den Bereich des Marketings anwendeten.

Shu verglich das Konzept mit dem Verkaufsprozess eines Verbrauchers, der ein Auto Probe fährt und beginnt, sich mit ihm verbunden zu fühlen, noch bevor er ein Angebot dafür macht. „Unsere Forschungsergebnisse zeigen, dass sich dies auf die Entscheidung auswirkt, wie viel man bereit ist, dafür zu zahlen, weil man es wirklich als sein Eigentum betrachtet und es viel mehr wertschätzt“, sagte sie.     
Nachdem sie die Auswirkungen des Konzepts auf öffentliche Räume wie Parks untersucht hatte, wollte Shu herausfinden, ob psychologisches Eigentum auch für Räume gilt, die den Verbrauchern nicht gehören, wie etwa ein Hotelzimmer. Sie und ihre Mitautoren erstellten vier Experimente, in denen sie testeten, ob sich drei Strategien, die psychologisches Eigentum fördern, auf das Erlebnis des Hotelgastes auswirken würden: den Raum zu kontrollieren, sich in ihn zu investieren und ihn genau zu kennen.

Das erste Experiment führten sie im Campus-Hotel der University of Wisconsin-Madison durch, wo sie potenzielle Gäste aufforderten, ihr Hotelzimmer auf einer Karte auszuwählen, wobei sie sich für einen Grundriss und ein Stockwerk entscheiden konnten.

„Das Verfahren hat den Check-in-Prozess nicht reibungsloser, kürzer oder bequemer gemacht, aber es hat ihre Bereitschaft erhöht, dem Hotel treu zu bleiben, wiederzukommen und das Hotel weiterzuempfehlen“, so Rin Yoon, Mitautorin der Studie und Doktorandin im Bereich Marketing an der Samuel Curtis Johnson Graduate School of Management, die im nächsten Herbst an der University of Iowa unterrichten wird.

In einem weiteren Experiment analysierte die Studie eine Reihe von 14.689 Bewertungen eines Hotels auf Hawaii auf TripAdvisor. Die Auswertung ergab, dass Gäste, die sich für ihr Hotelzimmer verantwortlich fühlten, längere Bewertungen verfassten und auf der App einen höheren Zufriedenheitsgrad angaben.
 
Die Studie ergab, dass Gäste, die Bewertungen mit den Possessivpronomen „mein“ oder „unser“ schrieben, mit größerer Wahrscheinlichkeit ein gewisses psychologisches Eigentumsgefühl für ihr Zimmer entwickelt hatten. „Das war ein Zeichen dafür, dass sie sich zugehörig fühlten“, sagte Shu. "Die Leute werden nicht ‚mein Zimmer‘ oder ‚unser Zimmer‘ sagen, wenn sie nicht das Gefühl hatten, dass es ihnen gehörte, während sie dort waren.

In den letzten beiden Experimenten wurden hypothetische Online- Check-ins erstellt, bei denen geprüft wurde, ob ein Kunde, der sein
Zimmer selbst gestaltet oder die Daten des Hotels auf der Grundlage früherer Präferenzen nutzt, die Markentreue besser fördern kann. Die Studie ergab, dass Gäste, die ihr Zimmer selbst gestalteten, eine größere Loyalität zu ihrem Hotel zeigten.

Anwendung der Studienergebnisse
Hotelketten haben bereits damit begonnen, einige der in der Studie ermittelten Strategien anzuwenden, darunter die Möglichkeit für Gäste, ihr Zimmer beim Check-in zu personalisieren. Dieser Prozess zwingt die Gäste dazu, „Zeit und Mühe aufzubringen und sich in ihr Zimmer zu investieren“, was die Loyalität fördern kann, so Yoon.

Eine weitere Strategie, die Hotels anwenden könnten, um psychologisches Eigentum zu fördern, besteht darin, den Gästen die Möglichkeit zu geben, einige der Möbel in ihren Zimmern umzustellen. Genau das hat Shu bei einem kürzlichen Hotelaufenthalt während einer Geschäftsreise getan.

„Eines der ersten Dinge, die ich tat, um mich zum Arbeiten einzurichten, war, den Tisch etwas näher an das Fenster zu rücken und die Tür zu öffnen, damit ich mehr Sonnenlicht von draußen abbekomme“, sagte sie. "Wenn man einem Gast die Möglichkeit gibt, seine Umgebung ein wenig mehr mitzugestalten, fühlt er sich am Ende mehr verantwortlich dafür, weil es wie zu Hause ist - er kann seinen Raum individuell gestalten.

Von der virtuellen Realität über die Rehabilitation bis hin zur Kommunikation hat die haptische Technologie die Art und Weise revolutioniert, wie Menschen mit der digitalen Welt interagieren. Während sich frühe haptische Geräte auf einzelne Sinnesreize wie vibrationsbasierte Benachrichtigungen konzentrierten, haben moderne Weiterentwicklungen den Weg für multisensorische haptische Geräte geebnet, die verschiedene Formen des berührungsbasierten Feedbacks integrieren, darunter Vibration, Hautdehnung, Druck und Temperatur.
 
Kürzlich veröffentlichte ein Expertenteam, zu dem Marcia O'Malley und Daniel Preston von der Rice University, der Doktorand Joshua Fleck, die Absolventen Zane Zook und Janelle Clark sowie weitere Mitarbeiter gehörten, in Nature Reviews Bioengineering einen ausführlichen Forschungsbericht, in dem der aktuelle Stand der tragbaren multisensorischen haptischen Technologie analysiert und ihre Herausforderungen, Fortschritte und realen Anwendungen beschrieben wurden.

Haptische Geräte, die Kommunikation durch Berührung ermöglichen, haben sich seit ihrer Einführung in den 1960er Jahren erheblich weiterentwickelt. Ursprünglich beruhten sie auf starren, geerdeten Mechanismen, die als Benutzerschnittstellen fungierten und kraftbasierte Rückmeldungen aus virtuellen Umgebungen erzeugten. Mit Fortschritten in der Sensor- und Antriebstechnologie sind haptische Geräte jedoch zunehmend tragbar geworden. Die heutigen Innovationen konzentrieren sich auf das Hautfeedback - die Stimulierung der Hautrezeptoren, um realistische Berührungsempfindungen zu erzeugen - und nicht auf das kinästhetische Feedback, das die auf den Bewegungsapparat ausgeübte Kraft nachahmt.
 
„Haptische Geräte, die am Körper getragen werden können, sind heute in Verbraucherprodukte wie Smartwatches und Spielzubehör integriert und erfüllen komplexere Aufgaben im Gesundheitswesen, in der Robotik und in immersiven Medien“, sagte O'Malley, Inhaberin der Thomas Michael Panos Family Professur in Ingenieurwissenschaften und Professorin und Lehrstuhlinhaberin für Maschinenbau. „Der neue Trend zum multisensorischen haptischen Feedback, d. h. zur gleichzeitigen Bereitstellung von mehr als einer Art von Berührungsreizen, verbessert das Benutzererlebnis, stellt jedoch neue technische und wahrnehmungsbezogene Herausforderungen dar. Mit der weiteren Entwicklung dieser Technologie werden wir sehen, wie sie sich zu einer reichhaltigeren, multisensorischen Erfahrung entwickelt - eine, die die Lücke zwischen digitaler Interaktion und menschlicher Berührung schließt.

Die Entwicklung effektiver, tragbarer, multisensorischer haptischer Geräte erfordert ein tiefes Verständnis der menschlichen Berührungswahrnehmung, und das Forschungsteam hat mehrere zentrale Herausforderungen auf diesem Gebiet identifiziert. Eine der größten Hürden ist die Variabilität der Hautkontaktmechanik, da Unterschiede in der Hautelastizität, der Rezeptorverteilung und externen Faktoren wie Feuchtigkeit die Wahrnehmung haptischer Reize verändern können. Ein weiteres Problem ist die taktile Maskierung, bei der mehrere haptische Empfindungen wie Vibration und Hautdehnung einander überlagern können, was die Wahrnehmungsschärfe verringert.
„Die Haut eines jeden Menschen reagiert anders auf Reize, weil sie unterschiedlich elastisch, feucht und sogar behaart ist“, sagt Preston, Assistenzprofessor für Maschinenbau. „Diese Variabilität macht die Entwicklung universell wirksamer Geräte unglaublich komplex.

Darüber hinaus spielen Tragekomfort und Bequemlichkeit bei jedem Produkt eine wichtige Rolle. Haptische Geräte müssen so konzipiert sein, dass sie sich an verschiedene Körperstellen anpassen, ohne Unbehagen zu verursachen, die Bewegung einzuschränken oder die täglichen Aktivitäten zu stören. Faktoren wie Gewicht, Größe und Befestigungsmethoden spielen eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung der langfristigen Nutzbarkeit.

„Echtes Eintauchen in die haptische Technologie hängt nicht nur davon ab, was die Benutzer fühlen, sondern auch davon, wie natürlich und bequem sie es erleben“, so Preston.

Zusätzlich zu den Herausforderungen haben die Autoren mehrere neue Betätigungsmethoden identifiziert, die die tragbare haptische Technologie neu definieren könnten.

Die elektromechanische Übertragung, die üblicherweise in Vibrations-Feedback-Systemen verwendet wird, ist aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und Erschwinglichkeit nach wie vor die am häufigsten verwendete Methode. Allerdings ist es oft schwierig, eine Vielzahl von haptischen Hinweisen zu geben. Die polymere Aktivierung, die sich auf intelligente Polymere stützt, die ihre Form oder Beschaffenheit ändern, wenn sie Reizen ausgesetzt werden, bietet eine leichte und flexible Alternative für die Bereitstellung haptischer Rückmeldungen. Die Fluidik, bei der unter Druck stehende Luft oder Flüssigkeiten zur Erzeugung dynamischer taktiler Empfindungen eingesetzt werden, gewinnt in der Soft-Robotik und bei textilbasierten haptischen Wearables zunehmend an Bedeutung und bietet neue Möglichkeiten für Komfort und Anpassungsfähigkeit. Darüber hinaus entwickelt sich die thermische Betätigung zu einer Möglichkeit, das Eintauchen in virtuelle Umgebungen zu verbessern oder reale Interaktionen durch Wärme- oder Kälteempfindungen zu simulieren.
     
„Wir gehen davon aus, dass diese Technologien den Anwendungsbereich des haptischen Feedbacks erheblich erweitern werden, insbesondere in Bereichen wie der medizinischen Rehabilitation, der Entwicklung von Prothesen und der Mensch-Maschine-Interaktion“, so O'Malley. „Obwohl sie vielversprechend sind, müssen sie weiter verfeinert werden, um Reaktionszeit, Haltbarkeit und Energieeffizienz zu verbessern.

Der Bericht gibt ebenfalls einen Einblick in die Möglichkeiten, die die tragbare haptische Technologie für die Interaktion des Menschen mit digitalen und physischen Umgebungen eröffnen wird. In der virtuellen und erweiterten Realität verbessert die multisensorische Haptik das Eintauchen in die Materie, indem sie es den Nutzern ermöglicht, digitale Objekte zu ertasten und so das Erlebnis in Spielen, Trainingssimulationen und im Bildungsbereich zu verbessern. Im Gesundheits- und Rehabilitationswesen unterstützen tragbare Haptiksysteme das Training motorischer Fähigkeiten, die Rehabilitation nach einem Schlaganfall und die Rückmeldung von Prothesen, so dass die Patienten effektiver mit ihrer Umgebung interagieren können. Hilfstechnologien und Kommunikationsanwendungen nutzen taktile Schnittstellen, um Menschen mit Seh- oder Hörbehinderungen zu helfen, indem sie auditive oder visuelle Informationen in berührungsbasierte Signale umwandeln. Navigations- und Leitsysteme profitieren von haptischen Wearables, indem sie intuitive Richtungshinweise geben, sehbehinderte Personen unterstützen und die freihändige Navigation in Bereichen wie Militär und Luftfahrt verbessern. Auch Teleoperation und Robotik können erheblich profitieren, da ferngesteuerte Robotersysteme mit haptischem Feedback dem Benutzer ermöglichen, Objekte aus der Ferne zu „ertasten“, was die Präzision bei heiklen Aufgaben wie der Roboterchirurgie verbessert.

Trotz bedeutender Fortschritte betonen die Autoren, dass die multisensorische haptische Wahrnehmung weiter erforscht werden muss. Das Verständnis dafür, wie das Gehirn die gleichzeitigen haptischen Hinweise verarbeitet, wird für die Verbesserung künftiger Geräte von entscheidender Bedeutung sein, und um eine breite Akzeptanz zu gewährleisten, muss ein Gleichgewicht zwischen technologischer Raffinesse, Benutzerkomfort und praktischer Verwendbarkeit gefunden werden. „Das ultimative Ziel ist es, haptische Geräte zu entwickeln, die sich so natürlich anfühlen wie echte Berührungen“, so O'Malley.

Forscher des Lincoln Laboratory und des MIT entwickeln neue Arten von bioresorbierbaren Stoffen, die die spezielle Art und Weise nachahmen, in der sich weiches Gewebe dehnt und gleichzeitig heranwachsende Zellen ernährt.
 
Steve Gillmer, Mitarbeiter des Lincoln Laboratory, testet die Elastizität eines bioresorbierbaren Gewebes, um seine Steifigkeit mit verschiedenen Arten von menschlichem Gewebe zu vergleichen. Copyright: Foto: Glen Cooper/Lincoln Laboratory

Die Behandlung schwerer oder chronischer Verletzungen von Weichteilen wie Haut und Muskeln ist eine Herausforderung für die Medizin. Die derzeitigen Behandlungsmethoden können kostspielig und wirkungslos sein, wobei davon auszugehen ist, dass die Häufigkeit chronischer Wunden aufgrund von Krankheiten wie Diabetes und Gefäßerkrankungen sowie einer immer älter werdenden Bevölkerung weiter zunehmen wird.

Eine vielversprechende Behandlungsmethode besteht darin, biokompatible Materialien, die mit lebenden Zellen (d. h. Mikrogewebe) besiedelt sind, in die Wunde zu implantieren. Die Materialien bieten ein Gerüst für Stammzellen oder andere Vorläuferzellen, die in das verletzte Gewebe einwachsen und die Regeneration unterstützen. Die derzeitigen Techniken zur Herstellung dieser Gerüstmaterialien unterliegen jedoch einem entscheidenden Nachteil. Menschliches Gewebe bewegt und biegt sich auf eine einzigartige Weise, die herkömmliche weiche Materialien nur schwer nachbilden können, und wenn sich die Gerüste dehnen, können sie auch die eingebetteten Zellen dehnen, was häufig zum Absterben dieser Zellen führt. Die abgestorbenen Zellen behindern den Heilungsprozess und können außerdem eine unbeabsichtigte Immunreaktion des Körpers auslösen.

„Der menschliche Körper hat eine hierarchische Struktur, die sich nicht dehnt, sondern auffaltet“, sagt Steve Gillmer, Forscher in der Mechanical Engineering Group des MIT Lincoln Laboratory. „Wenn Sie Ihre Haut oder Muskeln dehnen, sterben Ihre Zellen deshalb nicht ab. Was tatsächlich passiert, ist, dass sich das Gewebe ein wenig entknittert, bevor es sich dehnt.“

Gillmer ist Teil eines multidisziplinären Forschungsteams, das nach einer Lösung für dieses Dehnungsproblem sucht. Er arbeitet mit Professor Ming Guo von der Abteilung für Maschinenbau des MIT und dem Defense Fabric Discovery Center (DFDC) des Labors zusammen, um neue Arten von Stoffen zu stricken, die sich genau wie menschliches Gewebe entfalten und bewegen können.

Die Idee zur Zusammenarbeit entstand, als Gillmer und Guo einen Kurs am MIT hielten. Guo hatte untersucht, wie man Stammzellen auf neuartigen Materialien züchten kann, die die Entfaltung des natürlichen Gewebes nachahmen. Er entschied sich für elektrogesponnene Nanofasern, die zwar gut funktionierten, aber in großen Längen schwer herzustellen waren, was ihn daran hinderte, die Fasern in größere Maschenstrukturen zur Gewebereparatur in größerem Maßstab zu integrieren.

„Steve erwähnte, dass das Lincoln Laboratory Zugang zu industriellen Strickmaschinen hatte“, sagt Guo. Diese Maschinen ermöglichten es ihm, sich auf die Entwicklung größerer Gestricke zu konzentrieren, anstatt einzelne Garne zu entwerfen. „Wir begannen sofort, neue Ideen mit interner Unterstützung des Labors zu testen.“
Gillmer und Guo arbeiteten mit dem DFDC zusammen, um herauszufinden, welche Strickstrukturen sich ähnlich wie verschiedene Arten von Weichgewebe bewegen können. Sie begannen mit drei grundlegenden Strickdesigns: Interlock, Ripp und Jersey.
 
„Denken Sie bei einem Jersey an Ihr T-Shirt. Wenn Sie Ihr T-Shirt dehnen, übernehmen die Garnschlingen die Dehnung“, sagt Emily Holtzman, Textilspezialistin beim DFDC. „Je länger die Schlaufen sind, desto mehr Dehnung kann der Stoff vertragen. Denken Sie bei gerippten Stoffen an die Manschette Ihres Pullovers. Diese Stoffkonstruktion hat eine universelle Dehnbarkeit, die es dem Stoff ermöglicht, sich wie eine Ziehharmonika zu entfalten.“

Interlock ist dem gerippten Gestrick ähnlich, wird aber in einem dichteren Muster gestrickt und enthält doppelt so viel Garn pro Zoll Stoff. Durch mehr Garn gibt es mehr Oberfläche, in die die Zellen eingebettet werden können. „Gestrickte Stoffe können auch so gestaltet werden, dass sie eine bestimmte Porosität oder hydraulische Durchlässigkeit aufweisen, die durch die Schlingen des Stoffes und die Garngrößen erzeugt wird,“ sagt Erin Doran, eine weitere Textilspezialistin im Team. „Diese Poren können den Heilungsprozess ebenfalls unterstützen.“

Bisher hat das Team eine Reihe von Tests durchgeführt, bei denen embryonale Fibroblastenzellen der Maus und mesenchymale Stammzellen in die verschiedenen Strickmuster eingebettet wurden, um zu sehen, wie sie sich verhalten, wenn die Muster gedehnt werden. Jedes Muster wies Variationen auf, die sich darauf auswirkten, wie stark sich das Gewebe entfalten konnte und wie starr es wurde, nachdem es sich zu dehnen begann. Alle zeigten eine hohe Überlebensrate der Zellen, und 2024 erhielt das Team erneut einen F&E-100-Preis für seine Strickmuster.
 
Gillmer erklärt, dass das Projekt zwar mit Blick auf die Behandlung von Haut- und Muskelverletzungen begann, dass ihre Stoffe jedoch das Potenzial haben, viele verschiedene Arten von menschlichem Weichgewebe, wie Knorpel oder Fett, nachzuahmen. Das Team meldete kürzlich ein vorläufiges Patent an, in dem beschrieben wird, wie diese Muster erstellt werden können und welche Materialien für die Herstellung des Garns verwendet werden sollten. Diese Informationen können als Werkzeugkasten verwendet werden, um verschiedene gestrickte Strukturen auf die mechanischen Eigenschaften des verletzten Gewebes abzustimmen, auf das sie aufgebracht werden.

„Dieses Projekt war definitiv eine Lernerfahrung für mich“, sagt Gillmer. „Jeder Zweig dieses Teams verfügt über ein einzigartiges Fachwissen, und ich denke, das Projekt wäre ohne die Zusammenarbeit aller nicht machbar. Unsere Zusammenarbeit als Ganzes ermöglicht es uns, den Umfang der Arbeit zu erweitern, um diese größeren, komplexeren Probleme zu lösen.“

Ein Forscherteam der Universität Limerick hat ein zukunftsweisendes neues Verfahren zur Herstellung von Carbonfasern entwickelt, das gleichzeitig eine drastische Reduzierung des Energiebedarfs ermöglicht.

Forscher der UL leiten ein Projekt, in dem eine neue Methode zur Herstellung von Carbonfasern entwickelt wurde. Carbonfasern sind ein kostengünstiges, leichtes Material, das in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Windenergie, Bauwesen und Transportwesen verwendet wird.

Im Rahmen des CARBOWAVE-Projekts wird ein innovatives Plasma- und Mikrowellen-Heizverfahren zur Herstellung von Carbonfasern eingesetzt, das die herkömmlichen Heizmethoden ersetzt und den Energieverbrauch um bis zu 70 % senkt, während die Leistungsfähigkeit des Materials erhalten bleibt.
Durch die Verringerung des Energiebedarfs bei der Herstellung des Materials wird der Prozess umweltfreundlicher und kostengünstiger.

Das ehrgeizige neue Projekt, das von den UL-Professoren Maurice N. Collins und Dr. Anne Beaucamp McLoughlin koordiniert wird, soll die energieintensive Carbonfaser-Industrie durch den Einsatz modernster alternativer Heiztechnologien verändern.

Die ersten Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Advanced Composites and Hybrid Materials Journal veröffentlicht. Die Fortschritte werden dazu beitragen, Umweltprobleme wie Energieverbrauch und Emissionen zu bewältigen und gleichzeitig ein nachhaltiges industrielles Wachstum zu fördern.

Die von dem Forschungsteam entwickelten Ergebnisse werden eine effizientere Umwandlung von Polyacrylnitril (PAN) ermöglichen, einer Schlüsselkomponente bei der Herstellung von Carbonfasern, deren Umwandlung einen enormen Energieaufwand erfordert und die ein strategisches Material darstellen, das für die zukünftige Energiesicherheit Europas von entscheidender Bedeutung ist.

Das CARBOWAVE-Team wird zur Umwandlung von PAN in Carbonfasern die suszeptor-induzierte Mikrowellenerwärmung mit Hilfe der Technologie der selbstorganisierten Nanostrukturen nutzen, die ursprünglich von Forschern der Universität Limerick und der Universität Valencia entwickelt wurde. Dadurch kann es schneller erhitzt werden, was den Produktionsprozess effizienter macht.

Interessanterweise entdeckte das UL-Team bei seinen Forschungen, dass Carbonfasern in einer kostengünstigen Haushaltsmikrowelle hergestellt werden können und eine mechanische Leistung aufweisen, die derjenigen entspricht, die durch herkömmliche Erhitzung erzeugt wird.

Professor Maurice Collins, leitender Forscher des Projekts und Professor für Materialwissenschaften an der School of Engineering von UL, erklärte: „Europas Abhängigkeit von energieintensiven Prozessen ist seit langem ein Hindernis für das Erreichen von Nachhaltigkeit. CARBOWAVE ist ein spannendes Projekt, das die Möglichkeit bietet, nachhaltigere und billigere Carbonfasern herzustellen.

Die langfristigen Auswirkungen sind enorm, da es den Einsatz von Carbonfasern in allen möglichen Anwendungen ermöglichen könnte, bei denen eine hohe Festigkeit und Steifigkeit erforderlich ist - vom Bauwesen über das Transportwesen und die Wasserstoffspeicherung bis hin zur Windenergie und darüber hinaus.“

Dr. Anne Beaucamp McLoughlin, Assistenzprofessorin für Bauingenieurwesen an der UL, erklärte, dass das Projekt darauf abzielt, die Carbonfaser-Industrie zu revolutionieren, indem es den Energieverbrauch und die Kosten des Kohlenstoffumwandlungsprozesses erheblich reduziert, ohne dass die mechanischen Eigenschaften der Fasern verloren gehen.

„Dieses Projekt wird eine energieeffizientere, schnellere und kostengünstigere Herstellung von Carbonfasern ermöglichen und ihren ökologischen Fußabdruck erheblich verkleinern.“

Kohlenstofffaserverstärkte Polymere (CFK), die aus Carbonfasern gewonnen werden, sind in Sektoren wie Windenergie, Bauwesen und Verkehr von entscheidender Bedeutung. Das geringe Gewicht von CFK erhöht die Effizienz von Windkraftanlagen, unterstützt die Dekarbonisierung im Bauwesen und verbessert die Kraftstoffeffizienz im Verkehrswesen, insbesondere bei Elektrofahrzeugen.

Die derzeitige Produktion von Carbonfasern ist jedoch sehr energieintensiv und hängt stark von Strom und Erdgas ab.

Die Lösungen von CARBOWAVE zielen darauf ab, diesen Energieverbrauch bei gleichbleibender Materialleistung um über 70 % zu senken. Der europäische Markt für fortschrittliche Kohlenstoffmaterialien, der 37 % des Weltmarkts beherrscht, wird von dieser zukunftsweisenden Initiative unmittelbar profitieren.

Professor Collins fügte hinzu: „Dieses Projekt verspricht eine breitere industrielle Nutzung von Carbonfasern durch eine drastische Verringerung ihrer Produktionskosten und ihres ökologischen Fußabdrucks zu ermöglichen.

„CARBOWAVE ist ein Schritt zur Dekarbonisierung der energieintensiven Industrien in Europa. Durch die Integration von Plasma- und Mikrowellenerwärmungstechnologien geht das Projekt nicht nur unmittelbare Herausforderungen wie Energieverbrauch und Emissionen an, sondern ebnet auch den Weg für ein nachhaltiges industrielles Wachstum.“

Das Projekt vereint führende Forschungseinrichtungen und Industriepartner in ganz Europa, um diesen transformativen Wandel voranzutreiben. Das Forschungsteam von UL bildet gemeinsam mit dem Deutschen Institut für Textil- und Faserforschung in Deutschland, der Universität Valencia in Spanien, Fraunhofer IFAM in Deutschland, Microwave Technologies Consulting SAS in Frankreich, Muegge GmbH in Deutschland, Centro Ricerche Fiat in Italien, Juno Composite Ltd in Irland und Eirecom-posites Ltd, ebenfalls Irland, das CARBOWAVE-Konsortium.

CARBOWAVE ist eine von der Europäischen Kommission finanzierte Initiative, die darauf abzielt, alternative Wärmequellen für energieintensive Industrien zu entwickeln und umzusetzen, indem fortschrittliche Plasma- und Mikrowellentechnologien eingesetzt werden. Sie wird von der Europäischen Union finanziert.

Die Hydrotherapie mit schnellem Temperaturkontrast, auch bekannt als Wechselbädertherapie, beinhaltet ein abwechselndes Eintauchen in heißes und kaltes Wasser, um die Erholung beim Sport zu unterstützen . Durch den schnellen Wechsel zwischen diesen Temperaturextremen soll die Therapie die natürlichen Heilungsprozesse des Körpers anregen, was sie zu einer beliebten Methode für Sportler und Menschen macht, die Muskelkater, Gelenkschmerzen und Stress lindern wollen.

Demzufolge ist die Wechselbadtherapie eine wirksame Strategie zur Verbesserung der allgemeinen sportlichen Leistung und zur schnelleren Erholung nach Wettkämpfen. Traditionell werden dabei zwei Becken verwendet, die mit kaltem bzw. warmem Wasser bei genau kontrollierten konstanten Temperaturen gefüllt sind . Die erforderlichen Einrichtungen und der erhebliche Wasserverbrauch schränken jedoch die Anwendung dieser Therapie im täglichen Sporttraining ein. Existierende tragbare Kühl- und Heizsysteme haben oft mit begrenzten Wärmeübertragungsraten zwischen dem Gerät und dem menschlichen Körper zu kämpfen und erfüllen nicht die Anforderungen für eine praktische Wechselbadtherapie.

Eine in Advanced Science veröffentlichte Studie verweist auf einen Durchbruch, der von einem Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Xiaoming TAO, Lehrstuhlinhaberin für Textiltechnologie an der School of Fashion and Textiles und Vincent und Lily Woo Professorin für Textiltechnologie an der Hong Kong Polytechnic University, erreicht wurde. Das Team hat ein neuartiges, tragbares System entwickelt, das auf einem flüssigkeitsdurchlässigen Gewebe basiert und eine schnelle Modulation der Hauttemperatur ermöglicht [1]. Das innovative System ermöglicht es Sportlern, die Vorteile der Wechselbadtherapie zu erleben, ohne dass sie tatsächlich ins Wasser eintauchen müssen.

Das System besteht aus mehreren Schlüsselkomponenten, darunter tragbare Fluidic Fabrics, ein kleiner Wassertank (mit einem Volumen von drei Litern, ausgelegt für ein Bein), ein Steuergerät zur Temperaturregulierung, eine Wasserpumpe und ein Verbindungsschlauch. Die tragbaren Fluidic Fabrics sind aus mehreren Schichten aufgebaut, um die Leistung zu optimieren. Zu diesen Schichten gehören eine äußere wärmeisolierende Gewebeschicht zur Verringerung der Wärmeübertragung zwischen der Flüssigkeit und der Umgebung, eine mittlere Schicht aus flexiblem Wärmeübertragungspaneel (FHTP) und eine ultradünne innere Gewebeschicht, die in Kontakt mit der Haut steht. Die zentrale FHTP-Schicht besteht aus zwei laminierten Gewebestücken, die in einem Schritt miteinander verschweißt werden. Um einen gleichmäßigen und schnellen Kühl-/Wärmeeffekt zu erzielen, ist das FHTP sowohl mit schlangenförmigen als auch mit netzartigen Kanalmustern versehen.

Das System ermöglicht einen schnellen Wechsel zwischen Kühlung und Erwärmung innerhalb von zehn Sekunden auf einer Fläche von 0,3 Quadratmetern. Über eine Smartphone-App können die Nutzer das Temperaturtherapieprogramm starten, bei dem entweder warmes oder kaltes Wasser aus dem Tank in die Kanäle im Gewebe gepumpt wird, bevor es wieder in den Tank zurückgeführt wird. Jeder Therapiezyklus umfasst zwei verschiedene Modi: den Kaltmodus und den Warmmodus. Im Kaltmodus wird die Temperatur des zirkulierenden Wassers für eine Minute auf etwa 5 °C eingestellt. In diesem Modus absorbiert das zirkulierende Wasser Wärme von der Haut und der Umgebung. Im heißen Modus wird die Wassertemperatur für zwei Minuten auf 40 °C erhöht. Während dieser Phase wird die Wärme an die Haut und die Umgebung abgegeben.

Das tragbare Fluidikgewebe weist außergewöhnliche Wärmeübertragungseigenschaften auf. Während der Kältetherapie beträgt der gemessene Wärmeübergangskoeffizient zwischen der Haut und dem Gewebe 98,5 W m-² K-¹. Diese Leistung entspricht einem beeindruckenden Wirkungsgrad von 92 % im Vergleich zum direkten Eintauchen in Wasser und übertrifft damit deutlich die Leistung vergleichbarer flüssigkeitsgekühlter Kleidungsstücke, die üblicherweise Wärmeübertragungskoeffizienten von 13 bis 37 W m-² K-¹ aufweisen. Insgesamt zeigt das FHTP eine starke Wärmeübertragungsleistung. Insbesondere erreicht die Wärmeübertragungseffizienz des FHTP bei der Kältetherapie bis zu 89 % und bei der Wärmetherapie etwa 55 %.

Diese Studie stellt einen bedeutenden Durchbruch bei der Entwicklung eines tragbaren Fluidikgewebes dar, das die Hauttemperatur in einem weiten Bereich von 5 °C bis 40 °C schnell modulieren kann. Zusätzlich zu seiner Wirksamkeit bei der Wechselbadtherapie bietet dieses innovative Fluidikgewebe ein erweitertes Anwendungspotenzial für das Wärmemanagement der Haut zu medizinischen Zwecken sowie in Extremsituationen, wie sie bei Brandschutzmaßnahmen auftreten.

Die Forschungsarbeiten wurden durch das Sport Science and Research Funding Scheme der Regierung der SVR Hongkong und des Hong Kong Jockey Club Charities Trust [Nr. P0042455] sowie durch den Endowed Professorship Fund der Hong Kong Polytechnic University [Nr. 847A] unterstützt. Die Datenquelle und der Code können auf Anfrage bei den entsprechenden Autoren angefordert werden.

Prof. Tao wurde von der Stanford University in sechs aufeinanderfolgenden Jahren von 2019 bis 2024 als eine der 2 % meistzitierten Wissenschaftler weltweit auf dem Gebiet der Werkstoffe anerkannt. In Anerkennung ihrer herausragenden Beiträge und ihres Fachwissens im Ingenieurwesen wurde sie 2025 zum Fellow der Hong Kong Academy of Engineering gewählt. Derzeit ist Prof. Tao Direktorin des Forschungsinstituts für intelligente, am Körper getragene Systeme an der Polytechnischen Universität Hongkong.

Ein neu geschaffenes Forschungszentrum in Nordostengland wird das Ausmaß und die Umweltauswirkungen des Verlusts von Mikrofasern aus Textilien untersuchen.

Der Verlust von Mikrofasern aus Kleidung beim Waschen und Trocknen in der Maschine ist allgemein bekannt. Die winzigen Fasern schaden der Tierwelt und der Umwelt, wenn sie in den Boden, die Luft und die Gewässer gelangen.

Das auf dem Campus der Northumbria University im Zentrum von Newcastle gelegene Fibre-Fragmentation and Environment Research Hub (FibER Hub) ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen der Universität und dem Microfibre Consortium (TMC). Es wird eine Vielzahl von Textilien intensiv testen, um das Ausmaß des Mikrofaserverlusts unter verschiedenen Bedingungen und die damit verbundenen Umweltauswirkungen zu erforschen.

Jüngste Forschungen haben gezeigt, dass die Kleidung, die wir tragen, während ihrer gesamten Lebensdauer, von der Herstellung bis zum täglichen Tragen, Mikrofasern verliert. Selbst Mikrofasern aus Stoffen, die als „natürlich“ gelten, wie z. B. Baumwolle, können sich negativ auf die Umwelt auswirken, da bei den Herstellungsverfahren chemische Farbstoffe und Ausrüstungen in den Stoff eingebracht werden, so dass er nicht mehr in seinem ursprünglichen Zustand vorliegt.
Das in der Northumbria School of Design, Arts and Creative Industries angesiedelte FibER Hub verfügt über hochmoderne Geräte, die es den Forschern ermöglichen, genau zu verstehen, welche und wie viele Fasern ein Stoff in jeder Phase seines Lebenszyklus verliert.

In den letzten Jahren konzentrierten sich die Bemühungen auf die Quantifizierung des Mikrofaserverlustes beim Waschen von privaten Textilien im Haushalt. Diese neue Zusammenarbeit wird auf dem vorhandenen Wissen aufbauen und es durch die Erforschung zusätzlicher Umgebungsbedingungen, unter denen Textilien Fasern verlieren, vervollständigen.

Man hofft, dass die Forschungsergebnisse in die Entwicklung nachhaltigerer Textilien einfließen werden, um durch gezielte Maßnahmen während des gesamten Lebenszyklus die Freisetzungsrate zu verringern.

Die Arbeiten zu diesem Thema werden vom Microfibre Consortium (TMC) geleitet, einer wissenschaftlich ausgerichteten Non-Profit-Organisation, die den globalen Textilsektor durch das Microfibre 2030 Commitment und die Roadmap zusammenbringt (The Microfibre 2030 Commitment and Roadmap).

Das TMC verbindet die akademische Forschung mit der Realität der kommerziellen Lieferkette, um einen wissenschaftsgeleiteten Wandel in der Branche zu ermöglichen. TMC ist die erste und einzige Organisation, die sich voll und ganz auf dieses Thema konzentriert und im Namen ihrer 95 Unterzeichner arbeitet, zu denen globale Marken und Einzelhändler, Lieferanten und Nichtregierungsorganisationen gehören.

Der FibER Hub wurde im Rahmen des IMPACT+ Projekts entwickelt - einem multidisziplinären Netzwerk von Akademikern und Industrieexperten, das die Art und Weise, wie die Umweltauswirkungen in der Mode- und Textilindustrie gemessen und bewertet werden, hinterfragt.

Das 2023 ins Leben gerufene Projekt wird durch das britische Forschungs- und Innovationsprogramm NetworkPlus für zirkuläre Mode und Textilien finanziert und umfasst Wissenschaftler der Northumbria University, des King's College London und der Loughborough University, die eine Vielzahl von Fachbereichen wie Wasser-, Luft- und Bodenverschmutzung, forensische Wissenschaft, Design und Big Data abdecken.

An ihrer Seite arbeiten Vertreter globaler Modemarken wie Barbour, Montane und ASOS, der nachhaltigen Bekleidungsunternehmen Agogic und This is Unfolded, der Kampagnengruppen Fashion Revolution und WRAP sowie des Northern Clothing and Textile Network, des Newcastle City Council und der Newcastle Gateshead Initiative.

Dr. Alana James an der Northumbria University ist die leitende Forscherin des Projekts und sagte: „Diese strategische Partnerschaft spiegelt das Kernziel des IMPACT+ Netzwerks wider, indem sie sich auf Mikrofasern als übersehene und nicht gemessene Umweltschadstoffe konzentriert.“

„Die interdisziplinäre Zusammenarbeit mit Design- und Umweltwissenschaften wird unsere Forschung in die Lage versetzen, die Faserfreisetzung an der Wurzel zu reduzieren und gleichzeitig diese Erkenntnisse direkt in der Industrie umzusetzen.“

Dr. Kelly Sheridan ist Geschäftsführerin von TMC und außerordentliche Professorin für forensische Wissenschaft an der Northumbria University. Ihre Forschung konzentriert sich auf Textilfasern und Faserfragmentierung.

Sie sagte: „Die Zusammenarbeit mit dem FibER Hub ermöglicht es TMC, auf die interdisziplinären Fähigkeiten und technischen Möglichkeiten von Northumbria und dem IMPACT+ Team zurückzugreifen, um unser Wissensangebot für unsere Partner zu erweitern.“

„Durch diese Zusammenarbeit wird das TMC-Forschungsteam die Richtung für relevante Forschung vorgeben, die sich an den Bedürfnissen der Industrie orientiert, um über das hinauszugehen, was heute möglich ist, und robuste, weitreichende und umfassende Lebenszeitdaten zur Faserfragmentierung zu erstellen.“

Die hohe Abhängigkeit von fossilem Kohlenstoff, der damit verbundene hohe Kohlenstoff-Fußabdruck, niedrige Recyclingraten und Mikroplastik: Es zeichnen sich mehrere Lösungsansätze ab.

Die Entwicklung der Nachfrage nach Textilfasern von 1960 bis heute (siehe Abbildung 1 und Tabelle 1) zeigt, wie die Textilindustrie in dieses Dilemma geraten ist. Im Jahr 1960 waren etwa 95 % der Textilfasern natürlichen Ursprungs, aus biobasiertem Kohlenstoff, und es gab kein Problem mit Mikroplastik, alle Fasern waren biologisch abbaubar.

Der explosionsartige Anstieg der Nachfrage - um 650 % zwischen 1960 und 2023 - konnte nur durch die synthetischen Fasern der Chemie- und Kunststoffindustrie gedeckt werden. Ihr Anteil stieg von 3 % im Jahr 1960 auf 68 % im Jahr 2023 und von weniger als 700.000 Tonnen auf 85 Millionen Tonnen/Jahr (The Fiber Year 2024). Die neuen Fasern deckten ein breites Eigenschaftsspektrum ab, konnten sogar bisher unbekannte Eigenschaften realisieren und vor allem konnten dank einer leistungsfähigen und innovativen Chemie- und Kunststoffindustrie die Produktionsmengen rasch gesteigert und verhältnismäßig niedrige Preise realisiert werden.
 
Gleichzeitig hat die Nachhaltigkeit abgenommen, der Kohlenstoff-Fußabdruck der Textilien hat sich deutlich vergrößert und das Problem des Mikroplastiks erfordert Lösungen.

Der erste Schritt wäre, den Anteil an nachwachsenden Fasern deutlich zu erhöhen, denn nur so lässt sich die Abhängigkeit von fossilem Kohlenstoff, vor allem in Form von Erdöl, verringern und damit der Kohlenstoff-Fußabdruck verkleinern. Doch wie kann dies erreicht werden? Nach der Definition der Renewable Carbon Initiative stammt erneuerbarer Kohlenstoff aus Biomasse, CO₂ und Recycling: Aus oberirdischem Kohlenstoff. Damit wird das Kernproblem des Klimawandels angegangen, nämlich die Gewinnung und Nutzung von zusätzlichem fossilem Kohlenstoff aus dem Boden, der dann in die Atmosphäre gelangt.
 
Was können Baumwolle, Bastfasern und Wolle beitragen?
Die Baumwollfaserproduktion kann kaum gesteigert werden, sie stagniert zwischen 20 und max. 25 Millionen Tonnen/Jahr. Die Anbauflächen können nur wenig ausgeweitet werden, und die bestehenden Flächen werden durch die erforderliche Bewässerung versalzen. Mit Ausnahme von etwa 1% Bio-Baumwolle werden erhebliche Mengen an Pestiziden eingesetzt. Der Marktanteil der „präferierten“ Baumwolle - definiert durch eine Liste anerkannter Programme - wird nach Jahren des Wachstums von 27 % der gesamten Baumwollproduktion im Jahr 2019/20 auf 24 % im Jahr 2020/21 sinken. (Textile Exchange, Oktober 2022: Preferred Fiber & Materi-als Market Report) Bastfasern wie Jute (75 %), Flachs, Hanf, Ramie oder Kenaf würden einen enormen Schub an Technologieentwicklung und Kapazitätsinvestitionen erfordern und werden dennoch wahrscheinlich teurer bleiben als Baumwolle, einfach weil Bastfasern viel komplizierter zu verarbeiten sind, z. B. die Trennung der Faser vom Stängel, was bei Baumwolle als Fruchtfaser nicht notwendig ist. Als Quelle für Zellulosefasern werden Bastfasern teurer bleiben als Holz.

Obwohl Bastfasern nachhaltiger sind als viele andere Fasern, wird es wahrscheinlich keine große Veränderung geben - es sei denn, China setzt auf Bastfasern als Ersatz für Baumwolle. Entsprechende Pläne wurden aufgrund technologischer Probleme auf Eis gelegt.

Die Bedeutung von Man-made Cellulosefasern (MMCFs) oder einfach: Cellulosefasern
Die Produktion von Cellulosefasern ist in den letzten Jahrzehnten stetig gewachsen und hat im Jahr 2023 mit fast 8 Millionen Tonnen einen historischen Höchststand erreicht, der bis 2030 auf 11 Millionen Tonnen ansteigen soll. Cellulosefasern sind die einzigen biobasierten und biologisch abbaubaren Fasern, die ein breiteres Spektrum an Eigenschaften und Anwendungen abdecken und ihre Kapazität schnell steigern können. Als Rohstoffe können sowohl Frischholz als auch alle Arten von Zelluloseabfällen aus der Forst- und Landwirtschaft, Abfälle aus der Baumwollverarbeitung, Textilabfälle und Papierabfälle verwendet werden. Die Erhöhung des Anteils zellulosehaltiger Fasern wird daher eine entscheidende Rolle bei der Lösung der Nachhaltigkeitsherausforderungen in der Textilindustrie spielen.

Die Produktion von MMCFs umfasst Viskose, Lyocell, Modal, Acetat und Cupro. Der Marktanteil von FSC- und/oder PEFC-zertifizierten MMCF stieg von 55-60 % im Jahr 2020 auf 60-65 % aller MMCF im Jahr 2021. Der Marktanteil von ³eRecycling-MMCF³c stieg auf einen geschätzten Anteil von 0,5 %. Zahlreiche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten sind im Gange. Infolgedessen wird erwartet, dass die Mengen an rezyklierten MMCF in den kommenden Jahren erheblich ansteigen werden. (Textile Ex-change, Oktober 2022: Preferred Fiber & Materials Market Report)

Die CEPI-Studie „Forest-Based Biorefineries: Innovative Bio-Based Products for a Clean Transition“ (renewable-carbon.eu/publications/product/innovative-bio-based-products-for-a-clean-transition-pdf/) wurden 143 Bioraffinerien in Europa ermittelt, von denen 126 in Betrieb und 17 in Planung sind. Die meisten von ihnen basieren auf chemischem Zellstoff (67 %) - dem Vorprodukt von Zellulosefasern. Die meisten Bioraffinerien befinden sich in Schweden, Finnland, Deutschland, Portugal und Österreich. Aber in 18 verschiedenen europäischen Ländern sind bereits Bioraffinerien in Betrieb oder geplant.

Der globale Bericht „Is there enough biomass to defossilise the Chemicals and Derived Materials Sector by 2050?“ (bevorstehende Veröffentlichung Ende Februar 2025, abrufbar unter: renewablecarbon.eu/publications) zeigt ein besonders hohes Wachstum bei Zellstoff (von 9 im Jahr 2020 auf 44 Millionen Tonnen im Jahr 2050; Wachstum von 406 %), Zellulosefasern (von 7 im Jahr 2020 auf 38 Millionen Tonnen im Jahr 2050; Wachstum von 447 %) und Zellulosederivaten (von 2 im Jahr 2020 auf 6 Millionen Tonnen im Jahr 2050; Wachstum von 190 %).

Biosynthetik - Biobasierte und CO₂-basierte Synthesefasern
Um den Anteil der fossilen Kunstfasern weiter zu reduzieren, sind biobasierte Polymerfasern (auch „Biosynthetics“ genannt) aufgrund ihres breiten Eigenschaftsspektrums eine hervorragende Option - nur die Umsetzung wird Jahrzehnte dauern, da der Anteil heute nur unter 0,5 % liegt. Es gibt viele Optionen, wie Polyesterfasern (PLA, PTT, PEF, PHA), Polyolefinfasern (PE/PP), biobasierte PA-Fasern aus Rizinusöl. PTT zum Beispiel ist auf dem US-Teppichmarkt gut etabliert und PLA auf dem Hygienemarkt. Sie alle sind biobasiert, aber nur wenige sind auch biologisch abbaubar (PLA, PHA).
 
Biokunststoffe sind eine von vielen Anwendungen für biobasierte Polymere. Im Allgemeinen sind derzeit 17 biobasierte Polymere mit einer installierten Kapazität von über 4 Millionen Tonnen im Jahr 2023 kommerziell verfügbar. Zehn dieser biobasierten Polymere werden als Biokunststoffe verwendet, was zu einer Produktion von über einer Million Tonnen Biokunststoffen führt:
(nova report: Bio-based Building Blocks and Polymers - Global Capacities, Production and Trends 2023-2028, renewable-carbon.eu/publications/product/bio-based-buildingblocks-and-polymers-global-capacities-production-and-trends-2023-2028-short-version/).

Im Prinzip können viele Fasern auch aus CO₂ hergestellt werden, aber hier müssen die Technologie und die Kapazitäten noch entwickelt werden, vielleicht parallel zur Herstellung nachhaltiger Flugkraftstoffe aus CO₂, die zur Pflicht werden.

Kreislaufwirtschaft - Recycling von Textilabfällen und Recycling von Fasern zu Fasern
Die Textilindustrie befindet sich an einem entscheidenden Punkt, an dem Nachhaltigkeit nicht mehr eine Option, sondern eine Notwendigkeit ist. Da die Umweltauswirkungen der Textilproduktion und -entsorgung immer deutlicher werden, wächst der Druck, die Prinzipien der Kreislaufwirtschaft zu übernehmen.

Eine vielversprechende Lösung ist das Faser-zu-Faser-Recycling, ein Verfahren, bei dem gebrauchte Textilien in neue, hochwertige Fasern umgewandelt werden, wodurch der Abfallkreislauf effektiv geschlossen wird. In der Europäischen Union wurden zwar erhebliche Fortschritte erzielt, doch gibt es nach wie vor Probleme, insbesondere bei der Ausweitung der Technologien, dem Fehlen von Sammelsystemen und der Handhabung von Textilien aus Mischfasern. In Europa fallen derzeit etwa 6,95 (1,25 + 5,7) Millionen Tonnen Textilabfälle pro Jahr an, von denen nur 1,95 Millionen Tonnen getrennt gesammelt und 1,02 Millionen Tonnen durch Recycling oder Verfüllung behandelt werden (Abbildung 3).
 
Das Recycling von Textilien verringert die Nachfrage nach neuen Fasern und den textilen Fußabdruck. Der Anteil der recycelten Fasern stieg leicht von 8,4 % im Jahr 2020 auf 8,9 % im Jahr 2021, was hauptsächlich auf einen Anstieg der PET-Fasern aus Flaschen zurückzuführen ist. Im Jahr 2021 wird jedoch weniger als 1 % des globalen Fasermarktes aus Pre- und Post-Consumer-Recycling-Textilien stammen (Textile Exchange, Oktober 2022: Preferred Fiber & Materials Market Report). Neue Vorschriften aus Brüssel für das Recycling in geschlossenen Kreisläufen, insbesondere das Recycling von Flaschen, könnten die Verwendung von PET-Fasern aus Flaschen in der Textilindustrie gefährden. Dies würde eine Verringerung der Recyclingraten in der Textilindustrie bedeuten, bis die Logistik und die Technologien für das Recycling von Textilien in großem Umfang vorhanden sind. Dies wird notwendig sein, um einen Beitrag zur Kreislaufwirtschaft zu leisten. Mehrere Forschungsprojekte sind im Gange, um Lösungen zu finden, und erste Pilotimplementierungen sind verfügbar.

Die Zukunft der nachhaltigen Textilien
Die nachhaltige Textilindustrie der Zukunft wird auf einem Fundament aus Baumwollfasern und schnell wachsenden Zellulosefasern aufgebaut sein, das später durch bio- und CO₂-basierte Synthetikfasern (Biosynthetics") und hohe Recyclingraten für alle Faserarten stark unterstützt wird. Diese Kombination kann bis zum Jahr 2050 die meisten Kunstfasern auf fossiler Basis ersetzen.

Um die neuesten Informationen über Cellulosefasern zu erhalten, veranstaltet das nova-Institut jedes Jahr die „Cellulosefasertagung“, die das nächste Mal am 12. und 13. März 2025 in Köln stattfinden wird - dieses Jahr erstmals mit Biokunststoffen.

Wenn sich derzeit die Sonne zeigt, stehen Beschattungstextilien vor besonderen Herausforderungen. Einerseits sollen sie in der dunklen Jahreszeit so viel Tageslicht wie möglich in die Räume lassen. Andererseits ist der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen so tief, dass das Licht besonders stark blendet – deutlich mehr als im Sommer. Die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung (DITF) forschen mit speziellen Lichtmesstechniken an den passenden Beschattungstextilien.

Tageslicht fördert das Wohlbefinden und hat viele Vorteile gegenüber künstlicher Beleuchtung. Sinnvolles Tageslichtmanagement kann deshalb die Leistungs- und Konzentrationsfähigkeit steigern. Da weniger Kunstlicht benötigt wird und solare Gewinne und Verluste für die Raumklimatisierung genutzt werden, spart Tageslichtmanagement auch Energie.

Textile Tageslichtsysteme beeinflussen den Lichteinfall und sind vorwiegend beweglich ausgeführt. Zu den innenliegenden Systemen gehören zum Beispiel Rollos, Faltstores und Vorhänge. Außenliegende Systeme sind vor der Fassade geführte Raffstores, Markisen und Screens. Die DITF können in ihren Licht- und Dunkellaboren das Tageslichtverhalten präzise messen – auch über bestehende normierte Prüfverfahren hinaus. Eine in Denkendorf entwickelte Prüfmethode erlaubt die Neubewertung des Blendschutzes von Sonnenschutzeinrichtungen und ist zur Bestimmung des Abschirmwinkels in die Norm aufgenommen worden. Dieser Abschirmwinkel (cut-off angle) beschreibt, in welchem Ausmaß eine Sonnenschutzeinrichtung die Durchlässigkeit von direktem Licht ab einem bestimmten Einfallswinkel blockieren kann. In der aktuell gültigen Norm erfolgt die Quantifizierung des Blendschutzes durch die beiden Kenngrößen normaler und diffuser Lichttransmissionsgrad. Bei Sonnenschutzeinrichtungen mit einem Öffnungsgrad von 1-3 % kann eine Höherstufung in der Blendschutzklasse erreicht werden. Dies gilt für Abschirmwinkel von 65° oder kleiner. Die Bestimmung des Abschirmwinkels erfolgt durch eine winkelabhängige Messung des direkten Lichttransmissionsgrads. Bei der Prüfung wird das Sonnenschutztextil in einem modifizierten Messprobenhalter vom Nullpunkt aus solange gedreht bis der direkte Lichttransmissionsgrad unter einen festgelegten Schwellenwert fällt. Dieser Vorgang wird nach einer schrittweisen azimutalen Drehung der Messprobe, das heißt einer Drehung des Textils im Messprobenhalter, wiederholt. Es können je nach Symmetrieeigenschaften der Messprobe bis zu 29 Einzelmessungen zur Bestimmung des Abschirmwinkels nötig sein.

An den DITF stehen für Produktentwicklungen der Industrie Prüf- und Entwicklungsmöglichkeiten für weitere lichtmesstechnische Anforderungen wie Auflicht, selbstleuchtende Textilien und lichtleitende Textilien zur Verfügung.

Da die meisten gespendeten Kleidungsstücke exportiert oder weggeworfen werden, fordern Experten ein Umdenken im Umgang mit dem wachsenden Problem der Modeabfälle.

In einer bislang einzigartigen Studie, die in der Zeitschrift Nature Cities veröffentlicht wurde, ist untersucht worden, was mit Kleidung und anderen Textilien geschieht, wenn die Verbraucher sie in Amsterdam, Austin, Berlin, Genf, Luxemburg, Manchester, Melbourne, Oslo und Toronto nicht mehr benötigen.
 
In den meisten westlichen Städten von Melbourne bis Manchester wurde das gleiche Muster von Textilabfällen festgestellt, die exportiert, auf Deponien gelagert oder in die Umwelt entsorgt werden.

Weltweit fallen jedes Jahr 92 Millionen Tonnen Textilabfälle an, und diese Menge könnte sich bis 2030 verdoppeln.
 
In karitativen Einrichtungen wird eine große Menge an Altkleidern umgeschlagen, aber die Studie ergab, dass viele von ihnen von schlechter Qualität sind und es sich finanziell nicht lohnt, sie vor Ort zu verwerten, so dass die Wohltätigkeitsorganisationen einige hochwertige Artikel verkaufen und den Rest wegwerfen oder exportieren.

In Melbourne exportieren Wohltätigkeitsorganisationen hochwertige, oft alte Second-Hand-Kleidung nach Europa und zwingen die unabhängigen Wiederverkäufer der Stadt, ähnliche Kleidung aus Europa oder den Vereinigten Staaten zu importieren.

Insgesamt berichten Wohltätigkeitsorganisationen und Sammler jedoch, dass die Qualität der Kleidung in den letzten 15 bis 20 Jahren stark abgenommen und das Wiederverkaufspotenzial abgenommen hat.
 
Die Mitautorin der Studie, Dr. Yassie Samie von der RMIT University, betonte, dass lokale Regierungen und Wohltätigkeitsorganisationen sich besser koordinieren müssen, um die Textilabfälle zu bewältigen.

„Wir sind daran gewöhnt, dass Wohltätigkeitsorganisationen die schwere Arbeit übernehmen, aber sie sind schon lange nicht mehr in der Lage, die Menge an gespendeter Kleidung zu bewältigen“, so Samie.

„Wohltätigkeitsorganisationen werden von sozialen Werten geleitet und müssen Mittel für ihre Programme aufbringen.

„Sie sind jedoch nicht in der Lage, die Menge an gebrauchten Textilien, die wiederverwendet und recycelt werden müssen, zu bewältigen.

„Angesichts der Rolle, die Wohltätigkeitsorganisationen in den Gemeinden spielen, ist es wichtig, dass sie über den direkten Weiterverkauf in Second-Hand-Läden hinausgehen und andere Geschäftsmodelle wie Tausch- und Reparaturzentren erkunden.

Überkonsum und Überangebot sind die Hauptursachen für Textilabfälle in Städten, die zwischen 33 % (Australien) und 97 % (Norwegen) der gespendeten Kleidung exportieren.

Die Zusammenarbeit in lokalen Netzwerken ist der Schlüssel
Die meisten Kommunalverwaltungen in den untersuchten Städten befassen sich nicht mit Textilabfällen, sondern stellen lediglich öffentliche Flächen und Lizenzen für gemeinnützige Sammlungen und kommerzielle Wiederverkäufer zur Verfügung.

In Städten wie Melbourne entsorgen die Kommunalverwaltungen Textilabfälle direkt auf Mülldeponien, anstatt sie in Recycling- oder Wiederverwendungseinrichtungen oder andere lokale Alternativen zu bringen.

„Das zeigt, dass Mechanismen und Anreize fehlen, um einen echten Systemwandel herbeizuführen“, sagt Samie.

In Amsterdam ist das Gegenteil der Fall: Die Stadtverwaltung kümmert sich um das Sammeln und Sortieren unerwünschter Kleidung und fördert das Sammeln aller Textilien, auch derer, die nicht wiederverwendet werden können.

Ab Januar 2025 müssen die Mitgliedsstaaten der Europäischen Union getrennte Sammelsysteme für Alttextilien einrichten.

Die größten Verursacher von Textilabfällen pro Kopf, Australien und die USA, verfügen jedoch nicht über ein solches System.

Verbot von Modewerbung
Samie sagte, es sei wichtig, Anreize zu schaffen, um lokale Alternativen zu Fast Fashion zu fördern, einschließlich Wiederverkauf, Tausch und Reparatur.

„Nachhaltige Modeinitiativen wie Second-Hand-Händler haben es schwer, mit den großen Marketingbudgets und günstigen Standorten der Modemarken zu konkurrieren“, sagte sie.
 
„Es gibt Alternativen zu Fast Fashion, aber sie werden zu wenig gefördert, obwohl sie das Potenzial haben, den Textilabfall in den Städten deutlich zu reduzieren.

Um mehr Raum für diese Alternativen zu schaffen, fordern die Autoren der Studie ein Verbot von Modewerbung in Städten. „Ein Verbot von Modewerbung würde mehr Raum für die Förderung nachhaltigerer Alternativen schaffen“, so Samie.

Frankreich hat kürzlich ein Werbeverbot für Fast Fashion eingeführt, und bis 2030 wird jedes Kleidungsstück mit einer Strafe von bis zu 10 Euro belegt.

Samie erklärte, sie wolle mit lokalen Regierungen zusammenarbeiten, um bessere Verwendungsmöglichkeiten für ausrangierte Textilien zu finden.

Urban transitions towards sufficiency-oriented circular post-consumer textile economies“ von Katia Vladimi-rova, Yassie Samie, Irene Maldini, Samira Iran, Kirsi Laitala, Claudia E. Henninger, Sarah Ibrahim Alosaimi, Kelly Drennan, Hannah Lam, Ana-Luisa Teixeira, Iva Jestratijevic und Sabine Weber ist in Nature Cities erschienen (DOI: 10.1038/s44284-024-00140-7).