Aus der Branche

Die EU-Richtlinie zur Fortentwicklung der Nachhaltigkeitsberichterstattung (CSRD) stellt Unternehmen und die öffentliche Hand vor große Herausforderungen. Bisher gelten die Regelungen nur für große kapitalmarktorientierte Unternehmen. Mit der Umsetzung der CSRD in nationales Recht in 2024 sind jedoch tiefgreifende Änderungen in der Nachhaltigkeitsberichterstattung zu erwarten. Die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung (DITF) stellen sich dieser Herausforderung externer Berichterstattung und zugleich der Verantwortung für eine nachhaltige und ressourcenschonende Wissenschaft. Das Textilforschungszentrum hat deshalb eine dem Vorstand unterstellte Stabsstelle eingerichtet.

Die DITF bekräftigen ihr Engagement für Nachhaltigkeit mit der Ernennung des bisherigen Leiters des Kompetenzzentrums Textilchemie, Umwelt & Energie, Privatdozent Dr.-Ing. Thomas Stegmaier, zum Beauftragten für Nachhaltigkeit (Chief Sustainability Officer, CSO). Stegmaier wird neben dieser neuen Aufgabe weiterhin als stellvertretender Leiter dem Kompetenzzentrum Textilchemie, Umwelt & Energie mit seiner Expertise zur Verfügung stehen.

Aufgabe des Beauftragten für Nachhaltigkeit ist die Erarbeitung von Lösungen um den Energie- und Ressourcenverbrauch der DITF zu reduzieren, erneuerbare Energien zu fördern und eine effiziente Energienutzung zu implementieren. In den Prozess werden der Führungskreis, die operativen Organisationseinheiten und alle Beschäftigten eingebunden.

Der CSO wirkt darüber hinaus als Impulsgeber, sowohl für den Vorstand als auch für die Forschungsbereiche, um Nachhaltigkeitsthemen voranzutreiben.

Textilien für technische Anwendungen erhalten ihre besondere Funktion meistens durch eine Beschichtung. Sie macht Textilien zum Beispiel wind- und wasserdicht oder abriebbeständiger. Üblicherweise kommen dabei auf Erdöl basierende Stoffe wie Polyacrylate oder Polyurethane zum Einsatz. Mit diesen werden jedoch endliche Ressourcen verbraucht und die Materialien können durch unsachgemäßen Umgang in die Umwelt gelangen. Die Deutschen Institute für TextiI- und Faserforschung Denkendorf (DITF) forschen deshalb an Materialien aus nachwachsenden Quellen, die recyclingfähig sind und nach Gebrauch die Umwelt nicht belasten. Interessant sind hier Polymere, die aus Bakterien hergestellt werden können.

Diese Biopolymere haben den Vorteil, dass sie in kleinen Laborreaktoren bis hin zu großen Produktionsanlagen hergestellt werden können. Zu den vielversprechendsten Biopolymeren zählen Polysaccharide, Polyamide aus Aminosäuren und Polyester wie Polymilchsäure oder Polyhydroxyalkanoate (PHA), die alle aus nachwachsenden Rohstoffen stammen. PHA sind ein Überbegriff für eine Gruppe biotechnologisch hergestellter Polyester. Diese Polyester unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Anzahl der Kohlenstoffatome in der Wiederholungseinheit. Bisher wurden sie vor allem für medizinische Anwendungen untersucht. Da PHA-Produkte am Markt zunehmend verfügbar sind, können Beschichtungen aus PHA in Zukunft auch verstärkt im technischen Bereich eingesetzt werden.

Die Bakterien, aus denen die PHA gewonnen werden, wachsen mithilfe von Kohlenhydraten und Fetten als auch durch eine erhöhte CO₂ Konzentration und Licht mit angepasster Wellenlänge.

PHA sind in ihren Eigenschaften durch die Variation der molekularen Struktur der Wiederholungseinheit anpassbar. Dadurch stellen Polyhydroxyalkanoate eine besonders interessante Verbindungsklasse für die Beschichtung technischer Textilien dar. Aufgrund der wasserabweisenden Eigenschaften, die schon vom Molekülaufbau herrühren, und der stabilen Struktur haben Polyhydroxyalkanoate ein großes Potential für die Herstellung wasserabweisender, mechanisch belastbarer Textilien, wie sie beispielsweise im Automobilbereich und auch bei Outdoor Bekleidung gefragt sind.

Die DITF leisteten hierzu bereits erfolgreiche Forschungsarbeiten. So zeigten Beschichtungen auf Garnen aus Baumwolle und Gewebe aus Baumwolle, Polyamid und Polyester glatte und recht gut haftende Beschichtungen. Die PHA-Typen für die Beschichtung wurden sowohl am freien Markt beschafft als auch vom Forschungspartner Fraunhofer IGB hergestellt. Es zeigte sich, dass durch Extrusion das geschmolzene Polymer durch eine Ummantelungsdüse auf Baumwollgarne aufgetragen werden kann. Die Beschichtung des geschmolzenen Polymers auf Gewebe gelang mithilfe einer Rakel. Die Länge der molekularen Seitenkette des PHA spielt bei den Eigenschaften des beschichteten Textils eine wichtige Rolle. So sind zwar PHA mit mittellangen Seitenketten besser geeignet, um eine geringe Steifigkeit und einen guten textilen Griff zu erzielen, jedoch ist ihre Waschbeständigkeit gering. PHA mit kurzen Seitenketten sind dafür geeignet eine hohe Wasch- und Scheuerbeständigkeit zu erreichen, jedoch wird der textile Griff etwas steifer.

Aktuell untersucht das Team, wie die Eigenschaften von PHA verändert werden können, um die gewünschten Beständigkeiten und die textilen Eigenschaften gleichermaßen zu erreichen. Des Weiteren ist die Formulierung wässriger Rezepturen für die Garn- und Textilausrüstung geplant. Damit können wesentlich dünnere Beschichtungen auf die Textilien aufgebracht werden als dies mit geschmolzenem PHA möglich ist.

In weiteren Forschungsteams der DITF wird untersucht, ob PHA auch für die Herstellung von Fasern und Vliesstoffen geeignet sind.

In der Messe- und Eventbranche fällt sehr viel Abfall an. Sinnvoll sind Möbel, die schnell auseinandergebaut und platzsparend gelagert werden - oder einfach entsorgt und rezykliert werden können. Papier ist hier der ideale Rohstoff: lokal verfügbar und nachwachsend. Darüber hinaus verfügt er über einen etablierten Recyclingprozess. Die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung (DITF) und ihre Projektpartner haben gemeinsam einen recyclinggerechten Baukasten für Messemöbel entwickelt. Das Projekt „PapierEvents“ wurde von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) gefördert.

In Garnform gebracht, kann das Papier über den Strukturspulprozess zu verschiedensten Grundelementen verarbeitet werden, die eine völlig neue Formensprache zeigen.

Die ungewöhnliche Optik entsteht im Strukturspulprozess. Bei dieser an den DITF entwickelten Technologie wird das Garn präzise auf einem rotierenden Dornkörper abgelegt. So sind hohe Prozessgeschwindigkeiten und hohe Automatisierungsgrade möglich. Nach dem Spulvorgang werden die einzelnen Garne fixiert, wodurch ein selbsttragendes Bauteil entsteht. Für die Fixierung wurde im Projekt ein stärkebasierter Klebstoff eingesetzt, der ebenfalls aus nachwachsenden und abbaubaren Rohstoffen besteht.

Die Rezyklierfähigkeit aller im Projekt entwickelten Grundelemente wurde untersucht und bestätigt. Die Forschungskolleginnen und -kollegen beim Projektpartner vom Fachgebiet Papierfabrikation und Mechanische Verfahrenstechnik der TU Darmstadt (PMV) nutzten hierfür die CEPI-Methode, ein neues Standardtestverfahren der Confederation of European Paper Industries.

Sensorik- und Beleuchtungsfunktionen konnten ebenfalls rezykliergerecht umgesetzt werden. Die aus Papier bestehenden Sensorgarne sind dabei in die Bauteile integriert und erfassen Berührungen.

Im Projekt wurde ein Baukasten für Messe- und Eventmöbel entwickelt. Die Möbel sind leicht und modular. So liegt zum Beispiel das Gesamtgewicht der dargestellten Theke deutlich unter zehn Kilogramm und Einzelteile können einfach in üblichen Paketen verschickt werden. Alle Teile können mehrfach verwendet werden, sind also auch für mehrwöchige Kampagnen geeignet.

Als Demonstratoren wurde eine Theke, ein Kundenstopper im DIN-A1-Format und ein pyramidenförmiger Aufsteller umgesetzt. Die Forschungsarbeit der DITF (Textiltechnik) und PMV (Papierverarbeitung) wurde durch weitere Partner ergänzt: Die GarnTec GmbH entwickelte die eingesetzten Papiergarne, die Industriedesigner von quintessence design lieferten wichtige Anregungen zur optischen und funktionellen Ausgestaltung der Elemente und Verbindungsstücke und die Eventagentur Rödig GmbH bewertete die Ideen und Konzepte hinsichtlich der Nutzbarkeit im praktischen Einsatz. 

Textilien sind beim Tiefbau selbstverständlich: Sie stabilisieren Wasserschutzdämme, verhindern, dass schadstoffhaltige Abwässer von Abfalldeponien abfließen, erleichtern die Begrünung von erosionsgefährdeten Böschungen und machen sogar Asphaltschichten von Straßen dünner. Bisher werden dafür Textilien aus hochbeständigen synthetischen Fasern eingesetzt, die sehr lange haltbar sind. Für einige Anwendungen wäre es jedoch nicht nur ausreichend, sondern sogar wünschenswert, dass das Hilfstextil im Boden abgebaut wird, wenn es seinen Dienst erfüllt hat. Umweltfreundliche Naturfasern verrotten wiederum häufig zu schnell. Die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF) entwickeln eine biobasierte Schutzbeschichtung, die deren Lebensdauer verlängert.

Je nach Feuchte und Temperatur können sich Naturfaserwerkstoffe in wenigen Monaten oder sogar wenigen Tagen in der Erde abbauen. Damit die Abbauzeit deutlich verlängert wird und diese auch für Geotextilien eingesetzt werden können, forscht das Denkendorfer Team an einer Schutzbeschichtung. Diese Beschichtung auf Basis von Lignin ist ihrerseits biologisch abbaubar und erzeugt kein Mikroplastik im Boden. Lignin ist zwar biologisch abbaubar, aber dieser Abbau braucht in der Natur sehr lange.

Lignin bildet zusammen mit Cellulose die Baumaterialien für Holz und ist der „Klebstoff“ im Holz, der diesen Verbundstoff zusammenhält. Bei der Papierherstellung wird in der Regel nur die Cellulose genutzt, so dass Lignin in großen Mengen als Abfallstoff anfällt. Es bleibt sogenanntes Kraft-Lignin als schmelzbarer Stoff zurück. Mit thermoplastischen Werkstoffen kann die Textilfertigung gut umgehen. Insgesamt eine gute Voraussetzung, Lignin als Schutzbeschichtung für Geotextilien unter die Lupe zu nehmen.

Lignin ist von Natur aus spröde. Deshalb ist es erforderlich, das Kraft-Lignin mit weicheren Biowerkstoffen zu mischen. Diese neuen Biopolymercompounds aus sprödem Kraft-Lignin und weicheren Biopolymeren wurden im Forschungsprojekt über angepasste Beschichtungssysteme auf Garne und textile Flächen aufgetragen. Dazu wurden zum Beispiel Baumwollgarne mit Lignin in unterschiedlicher Auftragsmenge beschichtet und bewertet. Die Prüfung des biologischen Abbaus wurde mit Hilfe von Erdeingrabtests sowohl in einer Klimakammer mit genau nach Norm definierter Temperatur und Feuchtigkeit als auch im Freien unter den realen Umgebungsbedingungen durchgeführt. Mit positivem Ergebnis: Die Lebensdauer von Textilien aus Naturfasern können mit einer Ligninbeschichtung um viele Faktoren verlängert werden: Je dicker die Schutzbeschichtung, desto länger hält der Schutz an. Bei den Freilandversuchen war die Ligninbeschichtung auch nach etwa 160 Tagen Eingrabzeit noch vollständig intakt.

Mit Lignin beschichtete Textilmaterialien ermöglichen nachhaltige Anwendungen. So verfügen sie über eine einstellbare und für bestimmte geotextile Anwendungen ausreichend lange Lebensdauer. Zudem sind sie immer noch biologisch abbaubar und können bei einigen Anwendungen, wie zum Beispiel der Begrünung von Graben- und Bachböschungen, die bislang verwendeten synthetischen Materialien ersetzen.

Damit haben mit Lignin beschichtete Textilien das Potenzial, den CO₂-Fußabdruck deutlich zu reduzieren: Sie verringern die Abhängigkeit von erdölbasierten Produkten und vermeiden die Bildung von Mikroplastik im Boden.

Um den bisherigen Abfallstoff Lignin als neuen Wertstoff bei industriellen Herstellungsprozessen in der Textilbranche zu etablieren, sind weitere Forschungsarbeiten notwendig.

Die Forschungsarbeiten wurden vom Ministerium für Ernährung, Ländlichen Raum und Verbraucherschutz Baden-Württemberg im Rahmen der Landesstrategie Nachhaltige Bioökonomie Baden-Württemberg unterstützt.