Aus der Branche

Umweltbelastungen durch PFAS gibt es in vielen Böden und Gewässern und damit auch in der Nahrung. Sie zu entfernen ist möglich, aber aufwendig und produziert Sondermüll. Forschenden des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB ist es gelungen, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem PFAS energieeffizient aus kontaminiertem Wasser entfernt werden könnten. Das Projekt AtWaPlas endete am 30. Juni 2023 nach zwei Jahren Forschungsarbeit mit konkret anwendbaren Ergebnissen.

Per- und polyfluorierte Alkylverbindungen, kurz PFAS (engl.: per- and polyfluoroalkyl substances) kommen in der Natur eigentlich nicht vor. Industriell hergestellt ist diese Gruppe aus mehr als 10 000 Chemikalien in vielen Dingen des Alltags zu finden. Ob in Zahnseide, Backpapier, Outdoorkleidung oder Lösch- und Pflanzenschutzmitteln – überall sorgen PFAS dafür, dass die Produkte wasser-, fett- und schmutzabweisend sind. Sie sind außerordentlich stabil und mittlerweile alleine in Deutschland in Böden, Gewässern und Grundwasser nachzuweisen und damit auch in unserer Nahrung, sie können weder durch Licht, Wasser oder Bakterien abgebaut werden. So reichern sich diese Chemikalien auch im menschlichen Körper an, mit erheblichen gesundheitlichen Auswirkungen, die von der Schädigung von Organen bis hin zu Krebserkrankungen oder Entwicklungsstörungen reichen.

Möglichkeiten, PFAS wieder aus der Umwelt zu entfernen, gäbe es theoretisch schon. Diese sind aber äußerst aufwendig und teuer. Bei einer Filterung durch Aktivkohle beispielsweise werden PFAS zwar gebunden, aber nicht beseitigt, sodass die Überreste im Sondermüll entsorgt bzw. gelagert werden müssen.
Plasma zerstört die Molekülketten der PFAS-Chemikalien

Deshalb haben es sich im Verbundprojekt AtWaPlas (für: Atmosphären-Wasserplasma-Behandlung) Forschende am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik in Stuttgart gemeinsam mit dem Industriepartner HYDR.O. aus Aachen bereits 2021 zur Aufgabe gemacht, ein effizientes, kostengünstiges Verfahren zu entwickeln, um die toxischen Substanzen möglichst vollständig beseitigen zu können. Dabei lag der Part der Forschungsarbeiten beim IGB, die Wasserproben stammten vom Projektpartner, der unter anderem auf Altlastensanierung spezialisiert ist.

Nach zwei Jahren Projektlaufzeit ist es gelungen, ein Verfahren zu erarbeiten, das auf dem Einsatz von Plasma basiert, und mit dem die Molekülketten der PFAS abgebaut werden können – auch bis zur vollständigen Mineralisierung des Umweltgifts.

Plasma ist ein ionisiertes und damit elektrisch äußerst aktives Gas, das die Forschenden durch Anlegen einer Hochspannung in einem zylinderförmigen, kombinierten Glas-Edelstahlzylinder erzeugen. Anschließend wird das kontaminierte Wasser zur Reinigung durch den Reaktor geleitet. In der Plasmaatmosphäre werden die PFAS-Molekülketten aufgebrochen und damit verkürzt. Der Vorgang in dem geschlossenen Kreislauf wird mehrere Male wiederholt, dabei jedes Mal die Molekülketten um ein weiteres Stück verkürzt, so lange, bis sie vollständig abgebaut sind.
Nach wenigen Stunden im Reaktor sind die Gifte abgebaut

Gestartet wurden die Forschungsarbeiten in einem kleinen Laborreaktor mit einem Probenvolumen von einem halben Liter, Erweiterungen folgten. Das Wasser, das für die Tests verwendet wurde, war kein Leitungswasser mit zugesetzten PFAS, sondern „echtes Wasser“ – sogenannte Realproben. Das Wasser stammt aus PFAS-kontaminierten Gebieten, eine Mischung aus verschiedensten Partikeln wie Schwebstoffen und organischen Trübungen. Bereits nach zwei Stunden, in denen die Grundwasserproben durch den Reaktor gepumpt worden waren, konnte ein nennenswerter Abbau der Kohlenstoffkettenlänge beobachtet werden; nach sechs Stunden war die PFAS-Konzentration deutlich verringert, also ein Großteil der Chemikalien aus der Probe entfernt. Dies deckt sich mit Vermutungen, die bereits vor einiger Zeit in der Literatur geäußert wurden.

Mit dem gleichen Aufbau lässt sich die Plasma-Methode auch zur Aufreinigung anderer Wasserverschmutzungen einsetzen, etwa von Medikamentenrückständen, weiteren Industriechemikalien oder Pflanzenschutzmitteln. Untersucht wurde dies in vorangegangenen Projekten WaterPlasma und WasserPlasmax. Auch könnte der Reaktor mit etwas weiterer Entwicklungsarbeit einmal energieeffizient mit Umgebungsluft betrieben werden.

Förderung
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat das Verbundprojekt »AtWaPlas: Aufbereitung und Rückgewinnung PFAS-belasteter Wässer mittels Atmosphären-Wasserplasma-Behandlung«, Förderkennzeichen 02WQ1601B, im Rahmen der Strategie »Forschung für Nachhaltigkeit« (FONA) im Programm »Wasser: N« gefördert.

Über 200 Vertreter*innen aus der Faserverbundbranche, dem Bauwesen und der Wissenschaft nahmen im Januar 2022 am Abschlussforum des BMBF-Innovationsforums „FiberBuild – Faserverbundindustrie erschließt Bauwesen“ teil, um das Potenzial von faserverstärkten Werkstoffen für Bauanwendungen zu diskutieren, neue Geschäftsfelder zu analysieren und sich branchenübergreifend zu vernetzen. Zu dem zweitägigen Online-Event hatte der Projektinitiator, das Fachnetzwerk CU Bau des Composites United e V., eingeladen.
 
Über 200 Interessenten waren der Einladung gefolgt und erhielten Einblicke in die Welt der Faserverbundwerkstoffe. Neben einer Studie zum Marktpotenzial dieser Materialien im Bauwesen sowie dem Konzept einer Ideen-TransferPlattform stellten Referenten aus dem gesamten DACH-Raum ihre bisherigen Erfahrungen mit Produkten aus faserverstärkten Werkstoffen für bspw. Brückenbauten und -sanierungen, Türme und Masten, Leichtbaudächer oder -fassaden vor.

Diese Werkstoffe zeichnen sich insbesondere durch überzeugende strukturelle Eigenschaften bei vergleichsweise niedrigem Materialeinsatz aus und bieten somit ökologische Vorteile. Durch die höhere Lebensdauer, reduzierte Wartungsaufwände, einfache Handhabung und geringere Transportlasten bieten sie gleichzeitig auch ökonomische Vorzüge. Sie erlauben ebenfalls eine besondere Designfreiheit und die Integration von erweiterten Funktionalitäten, wie etwa die Schadensüberwachung durch integrierte Sensoren.

Am zweiten Veranstaltungstag lag der Fokus auf der Bauindustrie, die sich aktuell mit der Forderung nach klimaschonenden und nachhaltigen Werkstoffen und Technologien konfrontiert sieht. Benötigt werden material- und energieeffiziente Lösungen zur Reduktion von CO2-Emissionen. Faserverbundverstärkte Baustoffe können hier Lösungen aufzeigen.

Außerdem setzen die stagnierende Produktivität sowie der andauernde Fachkräftemangel bei steigenden Personalkosten die Baubranche zusätzlich unter Druck. Hier bieten sich Ansatzpunkte über digitales, vollautomatisiertes Bauen sowie Produktionssysteme mit mehr Standardisierung bzw. einer Vorfertigung in der Fabrik. Leichtbauweisen mit Faserverbunden verfügen über einen hohen Vorfertigungsgrad, durch additive Fertigungsverfahren (z. B. 3D-Druck) können Planungsdaten zeit- und kosteneffizient direkt vor Ort in die Ausführung übertragen werden.

Die größte Hürde für den flächendeckenden Einsatz von faserverstärkten Bauprodukten ist aber das Baurecht. Im Gegensatz zu bekannten, herkömmlichen Baumaterialien fehlen für faserverstärkte Werkstoffe grundlegende Normenwerke und bauaufsichtliche Regelungen. Daraus entsteht für jedes Projekt die Notwendigkeit einer Zustimmung im Einzelfall, einer gutachterlichen Stellungnahme sowie von experimentellen Untersuchungen. Dies ist mit zusätzlichen Kosten und Zeitaufwand verbunden, was einen Einsatz von neuen Werkstoffen natürlich erschwert. Die Schwierigkeiten bei der Zusammenfassung in einer Norm entstehen auch durch die Werkstoffvielfalt und die unterschiedlichen Herstellungsprozesse. So sind verschiedene, kombinierbare Harz- und Fasersysteme am Markt, unterschiedliche Fertigungstechnologien sind ausschlaggebend für Toleranzen im Material. Die ersten normativen Grundlagen entstehen aktuell auf Bemühungen des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb).  

„Wir haben an beiden Eventtagen gesehen, wie die Zukunft der Baubranche aussehen kann“, resümierte Roy Thyroff, Geschäftsführer des CU Bau. „Für den Einsatz von nichtmetallischen Bewehrungen sind umfassende Kenntnisse zu Material- und Tragverhalten notwendige Voraussetzung. In anderen Industrien, wie der Luftfahrt oder dem Automobilbau, werden Faserverbund-Bauteile schon in Serie gefertigt, da Forschung und Testing dort schon viel weiter vorangeschritten sind. Das Fachnetzwerk CU Bau ist die richtige Plattform um diese Lücke auch für den Bausektor zu schließen. Wir werden branchenübergreifend und werkstoffneutral Wissenschaft und Praxis miteinander verbinden.“  
 
Weitere Informationen zum Projekt online: https://composites-united.com/projects/fiberbuild/

• Hightech-Textilien für zukunftsorientierte Bauprojekte

Gebäudehüllen, Brücken, Treppen, Fassaden … Bau-Projekte sind enormen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Oft kommen erhebliche klimatische oder umweltbedingte Einwirkungen hinzu. Faserverstärkte Werkstoffe sind deshalb zunehmend auch in Bauprojekten im Einsatz. Denn neben vielen weiteren spannenden Eigenschaften bringen sie hohe mechanische Festigkeit, niedriges Gewicht und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit mit.

Die perfekte Basis für die innovativen Baustoffe bilden Bänder, Schläuche, Profile und 3D-Gewebe von vombaur. Die nahtlos rund oder in Form gewebten Schmaltextilien aus Hochleistungsfasern sind extrem belastbar, weil sie weder Naht- noch Schweißverläufe – und damit keine unerwünschten Bruchstellen – aufweisen. Ihre Oberflächeneigenschaften sind über die gesamte Länge identisch. Composite Textiles von vombaur bieten dadurch eine Leichtbaulösung für anspruchsvolle Aufgaben, die so zuverlässig wie langlebig ist.

Sichere und langlebige Lösungen für anspruchsvolle Anwendungen
Die Anwendungsmöglichkeiten für Leichtbauteile in der Bau-Industrie sind so zahlreich wie die Projekt-Ideen der Planungs- und Konstruktionsteams.
•    Seile und Zugglieder aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK)
•    Bewehrung von Baukonstruktionen aus Beton, Stahl, Holz oder anderen Materialien
•    Nachhaltige Sanierungsmaßnahmen an Brücken und Gebäuden
•    FVW-Lamellen als Verstärkungen bei Instandsetzungsmaßnahmen
•    (gefüllte) GFK-Rohre aus nahtlosrundgewebten Schläuchen von vombaur als Säulen/Pfosten
•    CFK-Profile als Stahlträgerersatz
•    Hohlprofile mit individuell entworfenem Querschnitt
•    Glasfaserverstärkte Verbindungselemente für Verglasung zur Minimierung von Dehnungsdifferenzen zw. Verbindungselement und Glas
•    Individuelle Lichtschächte

Visionen verwirklichen – mit Composite Textiles von vombaur
vombaur ermöglicht als Entwicklungspartner innovative Composites-Projekte für anspruchsvolle Anwendungen. In innovativen und sicherheitssensiblen Branchen wie Automotive und Aviation, Chemie und Anlagenbau.  Die Composites-Expertinnen und -Experten von vombaur entwickeln, bemustern und fertigen Webbänder und nahtlos rund- oder in Form gewebte Textilien von vombaur – gemeinsam mit den Entwicklungsteams der Kundenunternehmen und individuell für die jeweiligen Projekte. So entstehen neuartige und einzigartige Leichtbauteile aus Hochleistungstextilien für visionäre Leichtbau-Projekte.   

„Faserverstärkte Verbundstoffe sind der ideale Werkstoff für zukunftsorientierte Bau-Projekte“, erklärt Dr.-Ing. Sven Schöfer, Head of Development and Innovation von vombaur. „Ihre herausragenden technischen Eigenschaften und gestalterischen Möglichkeiten eröffnen für Bauprojekte neue und faszinierende Perspektiven. Vom Hochbau bis zum Tiefbau, vom Brückenbau bis zum Innenausbau. Als erfahrener Entwicklungspartner für anspruchsvolle Leichtbauteile bringen wir von vombaur in solche Zukunftsprojekte unsere seamless solutions ein.“

Stark steigende Baustoffpreise, immer knapper werdende Rohstoffe sowie steigende Preise für CO2-Zertifkate und Strom erhöhen den Druck, klimafreundliche und doch wettbewerbsfähige Produkte zu verwenden und innovative Produkte, Verfahren und Prozesse dafür zu entwickeln.

Für diese Herausforderungen im Bauwesen bietet der Leichtbau mit Faserverbundwerkstoffen neue Lösungen und ein enormes Anwendungspotential. Bisher sind diese Werkstoffe im Bauwesen noch nicht in ausreichendem Umfang etabliert und bei vielen Entscheidern noch nicht Teil der Lösung. Deshalb treibt das Fachnetzwerk CU Bau des Composites United e.V. (CU) als nationale und internationale Plattform dieses Thema für seine Mitglieder aus Industrie und Wissenschaft voran.

Hybride Bauweisen
Roy Thyroff, im Netzwerk Composites United e.V. Geschäftsführer CU Bau: „Unser Ziel ist, dass die gesamte Bauwirtschaft – Architekten, Planer, Bauingenieure, Zulassungsstellen sowie Bauunternehmen – Bauprodukte mit faserverstärkter Beton- und Polymermatrix mit entsprechenden Zulassungen einsetzen kann.“ Dabei geht es nicht nur um Bauweisen mit faserverstärkten Kunststoffen und textilbewehrtem Beton, sondern darüber hinaus auch um hybride Bauweisen, wie z.B. Hybridbauwerke aus Holz und Carbonbeton. Denn faserbasierter, hybrider Leichtbau führt die besten Eigenschaften verschiedener Materialien klimafreundlich zusammen, bietet somit gegenüber herkömmlichen Baustoffen große Vorteile für den Klimaschutz und ermöglicht völlig neue Bauweisen.

Vorteile von Faserverbundwerkstoffen
Faserverbundwerkstoffe sind sowohl im Neubau als auch in der Sanierung dank ihrer umwelt- und ressourcenschonenden Eigenschaften im Vorteil. Neben der CO2-Reduktion liegen die wesentlichen Vorteil:

• in der Geschwindigkeit der Ausführung,
• dem geringeren Materialeinsatz,
• der Kostenreduktion,
• der Leistungsfähigkeit wie hoher Druck- und Biegezugfestigkeit,
• dem einfacheren Handling
• den geringeren Transportlasten,
• der Beständigkeit gegen Korrosion,
• der Flexibilität bei unterschiedlichen Schädigungsgraden eines Sanierungsfalls und
• der deutlich verlängerten Nutzungsdauer.

Die Schoeller Textil AG nutzt die eigene Energie, die auf den Dächern der Produktionsstätte in Sevelen produziert wird. Dort befinden sich nicht weniger als 2838 Solarmodule. Dies ergibt eine Gesamtfläche von rund 4800 Quadratmetern, die im ersten Betriebsjahr 950‘000 kWh Solarstrom erzeugt haben. 85 Prozent davon verwendet Schoeller als Eigenverbrauch.

Seit Februar 2021 liegen die ersten Jahres-Betriebszahlen der im Jahr 2019 installierten Photovoltaikanlage auf den Dächern von Schoeller Textil in Sevelen vor. „Mit 950‘000 produzierten kWh/Jahr haben wir die erwartete durchschnittliche Jahresleistung von 65‘000 kWh / Jahr um rund zehn Prozent übertroffen“, berichtet Rolf Landolt, Leiter Technik, sichtlich stolz. Diese Jahresproduktivität der 2838 Solarmodule entspricht umgerechnet dem durchschnittlichen Strombedarf von zirka 238 Haushaltungen (bei 4000 kWh pro Haushalt).

85 Prozent für Eigengebrauch
Von den 950‘000 produzierten kWh/Jahr kann Schoeller 85 Prozent der Leistung als Eigenverbrauch verwenden und so rund 85‘000 Schweizer Franken pro Jahr verbuchen. Die restlichen 15 Prozent werden zurück ins Stromnetz gespiesen und von externen Nutzern verbraucht. Aufgrund der errechneten Angaben lohnt sich die Nutzung von Sonnenergie nicht nur für die Umwelt, sondern die Anlage wird sich spätestens in sieben bis acht Jahren auch amortisiert haben.

„Intention für die doch stolze Investition von zirka 700‘000 Schweizer Franken war es, die hohen Stromkosten mit Hilfe einer nachhaltigen Energiequelle zu senken“, erklärt Siegfried Winkelbeiner, CEO der Schoeller Textil AG. „Der Entschluss in eine ökologischere Zukunft zu investieren, fiel schon im November 2018, es wurde jedoch erst eine teilweise Dachsanierung vorgezogen, bevor die Montage der Solarpanels ausgeführt wurde.“ Die professionelle Installation der Photovoltaikanlage erfolgte durch den einheimischen Spezialisten Heizplan aus Gams.

• Produkt und Umwelt
• Recyclingwerkstoff schont natürliche Ressourcen
• Erstes Geogitter aus recycelten PET-Flaschen
• Gleiche Qualität und Produkteigenschaften wie konventionelles PET
• Asphaltbewehrungsgitter HaTelit C eco wird als erstes Produkt der ecoLine vorgestellt

Gescher – HUESKER stellt weltweit erstes Geogitter aus hundert Prozent recyceltem PET vor. Mit Einführung der neuen ecoLine setzt das Unternehmen auf noch umweltbewusstere Lösungen, die bereits bei der Herstellung natürliche Ressourcen schonen und auch qualitativ den konventionellen Produkten in nichts nachstehen. Den Anfang der Markteinführung bildet das seit mehr als 40 Jahren am Markt etablierte Asphaltbewehrungsgitter HaTelit C, das bei der Sanierung von Asphaltflächen eingesetzt wird. Es ist ab sofort in der ecoLine Ausführung in gewohnt hoher Qualität mit den gleichen Produkteigenschaften verfügbar. Schon bald sollen weitere Produkte der ecoLine folgen.

Die natürlichen Ressourcen der Erde sind begrenzt. Umso wichtiger ist es Lösungen zu entwickeln, die den Verbrauch nachhaltig reduzieren und Verschwendung, zum Beispiel in Form von Abfällen, vermeiden sowie Materialkreisläufe schließen. Hier knöpft das Konzept der ecoLine an. Als erster Hersteller von Geotextilien weltweit stellt die HUESKER Gruppe, mit Hauptsitz in Gescher/Westf., ab sofort eines seiner beliebtesten Geogitter, die Asphaltbewehrung HaTelit C, aus hundert Prozent recycelten Polyethylenterephthalat (PET) Garnen her.

HaTelit C wird seit mehr als 40 Jahren erfolgreich als Bewehrung bei der Sanierung von Asphaltstraßen eingesetzt. Anders als bei den klassischen HaTelit Bewehrungsgittern, die aus konventionell hergestelltem PET bestehen, werden bei der ecoLine die Garne zu hundert Prozent durch recycelte PET-Garne ersetzt. „Der verantwortungsvolle und schonende Umgang mit Energie und Ressourcen ist Teil unserer Nachhaltigkeitsstrategie und wird in der gesamten Wertschöpfungskette gelebt“, betont Dr. F.- Hans Grandin, Geschäftsführer der HUESKER Gruppe. „Zudem ist es von je her unser Ziel konventionelle Bauweisen durch den Einsatz innovativer Produkte und Anwendungen aus Geokunststoffen dort zu ersetzen, wo sie aufgrund ihrer vielen positiven Eigenschaften in Sachen Qualität, Sicherheit und Zuverlässigkeit und besonders auch Nachhaltigkeit eine bessere Alternative sind“, fügt Sven Schröer, ebenfalls Geschäftsführer bei HUESKER, hinzu.

Gewonnen wird das recycelte Material aus entsorgten PET-Flaschen, die über den Warenkreislauf in Form eines Granulates wieder einer neuen Aufgabe zugeführt werden können. „Das recycelte PET, das wir verwenden, ist ein gleichwertiger Ersatz für das originäre PET-Garn. Es ist von gleich hoher Qualität und bringt dieselben Eigenschaften mit“, so Schröer. Dies war Voraussetzung für die Produkteinführung der eco-Version, um in vollem Umfang das Einsatzgebiet des klassischen HaTelit C abdecken und gleichsam eine ressourcenschonende Alternative anbieten zu können. Zum Vergleich: Mit jedem Kilogramm Recycling-PET-Garn werden etwa 4,3 kg CO2 Emissionen eingespart, wenn auf konventionelles PET-Garn verzichtet wird. Dies entspricht einer Autofahrt von 33 km (PKW mit Emissionen von 130 g äqu. CO2/km). Hochgerechnet auf die Produktion von Geotextilien in der Größe der Fläche eines Fußballfeldes (7.140 m2) werden etwa 1.200 kg CO2 eingespart, was einer Strecke von 42.000 km mit dem PKW entspricht.

Die Geotextilien von HUESKER werden weltweit in den unterschiedlichsten Projekten angewendet. Hierzu zählen die Bereiche Erd- und Grundbau, Straßen- und Verkehrswegebau, Wasserbau, Umwelttechnik oder auch Bergbau. Sie tragen vielfach enorme Lasten, sind starken Beanspruchungen ausgesetzt und müssen hohe Anforderungen in ihren Einsatzgebieten erfüllen, wie zum Beispiel als Hangsicherung, Abdichtung zum Grundwasserschutz, Hochwasserschutz oder Bewehrung im Straßenbau. Um die hohe Qualität und Zuverlässigkeit nachzuhalten, unterliegen Produkte von HUESKER regelmäßigen Qualitätskontrollen sowie einer qualifizierten Überwachung des gesamten Fertigungsprozesses durch das hauseigene akkreditierte Labor sowie auch Fremdüberwachungen durch amtliche Materialprüfungsinstitute.

„Wir prüfen unsere Produkte sehr sorgfältig. Sie werden erst dann dem Markt zur Verfügung gestellt, wenn alle erforderlichen Nachweise erbracht sind und sie unsere hohen Anforderungen erfüllen. So wie es auch bei den verwendeten recycelten PET-Garnen der Fall ist“, stellt Schröer heraus. „HaTelit C ist nur der erste Schritt. Wir sind uns unserer Verantwortung bewusst und werden in naher Zukunft mit weiteren Produkten unsere ecoLine fortsetzen“, so Schröer.