Aus der Branche

Wissenschaftsteams des Instituts für Textiltechnik der RWTH Aachen University (ITA) forschen gemeinsam mit Partnern aus der Industrie und außeruniversitären Forschungseinrichtungen gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) an Wegen, die Textilindustrie von fossilen auf biobasierte Rohstoffe, Ausrüstungen sowie neue umweltfreundliche Verfahren umzustellen, um auf diese Weise, die gesamte textile Wertschöpfungskette zu transformieren.

Die Fäden dafür laufen im Innovationsraum BIOTEXFUTURE mit einer Vielzahl an einzelnen Textilforschungsprojekten zusammen. Die enge Verknüpfung von universitärer mit anwendungsnaher Forschung und marktrelevanter Umsetzung mit Wirtschaftsunternehmen soll dazu führen, dass der Textilindustrie die Wende zu einem zukunftsfähigen biobasierten Wirtschaften zielgerichtet gelingen kann.

Erste konkrete Ergebnisse ausgewählter Projekte präsentiert BIOTEXFUTURE auf den Gemeinschaftsstand Bioökonomie des BMBF auf der Hannover Messe (22. bis 26.4.2024) sowie auf der fast zeitgleich stattfindenden Internationalen Leitmesse für technische Textilien und Vliesstoffe, Techtextil, in Frankfurt / Main (23. bis 26.4.2024). Folgende Projekte werden vorgestellt:

• BioTurf: der Kunstrasen der Zukunft ist grün (Hannover Messe / Techtextil)
• CO₂Tex: innovative elastische Garne binden CO₂ (Hannover Messe / Techtextil)
• DegraTex: biologisch abbaubare Geotextilien (Techtextil)
• BioBase: Textilien für Innenräume, Sport, Auto und Technik werden bio (Hannover Messe / Techtextil)

BioTurf: der Kunstrasen der Zukunft ist grün
Die Forscher*innen des Projekts BioTurf arbeiten an der Lösung eines Problems, mit dem hunderte von Städten und Gemeinden konfrontiert sind. Ziel ist es, eine Kunstrasenstruktur aus Bio-Polyethylen (PE) zu entwickeln, das sich qualitativ nicht von erdölbasiertem PE unterscheidet. Diese Monomaterial-Struktur soll ein hochwertiges Materialrecycling ermöglichen. Eine wichtige Basis für die spätere Kreislaufführung des Produktes. Darüber hinaus wird die neuartige Kunstrasenstruktur ohne die Zugabe von Einstreu-Granulat auskommen und damit das aktuelle Mikroplastik-Problem von Kunstrasenplätzen lösen. Es existiert bereits ein BioTurf-Fußballplatz in Aachen als Demonstrationsspielfeld, auf denen Sportler*innen spielen und trainieren, und dadurch die Forscher*innen regelmäßig Rückmeldung bekommen. Man befindet sich in der Phase der Feinjustierung, um das Ziel zu erreichen den Kunstrasen der Zukunft aus 100% biobasiertem Polyethylen herstellen zu können.

CO₂Tex: innovative elastische Garne binden CO₂
Die Textilwissenschaftler*innen des BIOTEXFUTURE Projekts CO₂Tex entwickeln elastische Filament-Garne, in deren Ausgangsmaterial das für die Erderwärmung mitverantwortliche Treibhausgas CO₂ gebunden ist. Gleichzeitig verwenden sie für die Garnherstellung Schmelzspinnprozesse, für die keine giftigen und umweltschädlichen Lösungsmittel notwendig sind. Den Forscher*innen ist es zudem gelungen, die Elastizität der auf thermoplastischen Polyurethanen (TPU) beruhenden Entwicklung für bestimmte Garntypen an das Leistungsvermögen der konventionellen Elastane heranzuschrauben. Das Projekt-Konsortium erwartet, dass für die entwickelten CO₂-haltigen elastischen TPU-Filament-Garne eine Hochskalierung der Produktionsprozesse auf eine massentaugliche Fertigung im Industriemaßstab in absehbarer Zeit möglich sein wird. Dabei hält das CO₂Tex-Team vergleichbare Herstellungskosten wie bei konventionellen Garnen sowie leichte Vorteile bei der Energiebilanz gegenüber bestehenden Prozessen für möglich.

DegraTex: biologisch abbaubare Geotextilien
Das Ziel von DegraTex ist die Entwicklung biobasierter, abbaubarer Geotextilien für kurzfristige Anwendungen wie die zeitlich begrenzte Sicherung von Erdstrukturen oder für den Vegetationsschutz. Die Materialien erfüllen ihre Funktion, bis sie von natürlichen Komponenten, wie z.B. bodenstabilisierenden oder bodendeckenden Pflanzen, übernommen werden oder simpel einfach nicht mehr benötigt werden. Es geht darum, konventionelle, erdölbasierte Geotextilien in technisch und ökologisch sinnvollem Rahmen durch biobasierte und abbaubare Produktlösungen zu ersetzen. Das Forschungsteam des ITA hat bereits erste Demonstratoren auf Basis von Biopolymeren im Außeneinsatz.

BioBase: Textilien für Innenräume, Sport, Auto und Technik werden bio
Im BioBase-Projekt wird die gesamte textile Wertschöpfungskette der jeweiligen Produkte abgebildet und in jedem Prozessschritt der technologische Reifegrad für die industrielle Produktion von biobasierten und nachhaltigen Chemiefasern schrittweise erhöht. Zunächst entstehen hierbei in Kooperation zwischen den Forschungseinrichtungen und Industriepartner*innen industriell gefertigte Anschauungsmodelle (Demonstratoren), die das Potenzial der am Markt verfügbaren biobasierten Polymere demonstrieren sollen. Die Herstellung der Polymere, Garne und textilen Flächen, orientiert sich sehr anwendungsbezogen an den existierenden technischen Anforderungen in den unterschiedlichen Industrie-Sektoren.
Das Team in Aachen beschäftigt sich mit der Herstellung von Chemiefasergarnen und betrachtet dabei die Arbeitsschritte Schmelzspinnen und Texturieren der Wertschöpfungskette und teilweise auch die Flächenherstellung. Die Forschungen zeigen, dass biobasierte Polymere existieren, die auf bestehenden Anlagen entlang der textilen Prozesskette bis zum Demonstrator verarbeitbar sind, wobei die Garn- und Textileigenschaften je nach Anforderungsprofil angepasst werden können.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Toray hat die erste Adipinsäure entwickelt, die zu hundert Prozent aus biobasierten Rohstoffen besteht. Adipinsäure ist der Grundstoff zur Herstellung von Nylon 66 (Polyamid 66). Das neue Verfahren nutzt Zucker aus Biomasse, die nicht für die Herstellung von Lebensmitteln geeignet ist. Die firmeneigene Synthesetechnik kombiniert eine mikrobielle Fermentationstechnologie mit einer chemischen Reinigungstechnologie mit Trennmembranen. Das Unternehmen wird in den kommenden Jahren eine Produktionstechnologie entwickeln und die Polymerisation von Nylon 66 testen. Anwendungen für die biobasierte Adipinsäure sollen bis etwa 2030 kommerziell einsetzbar sein.

Nylon 66 ist haltbar und fest, und wird seit vielen Jahren für Fasern, Harze und andere Anwendungen verwendet. Der Wunsch, für Nylon 66 eine nachhaltige Alternative zu entwickeln, hat in den letzten Jahren zugenommen.  

Für das neue Verfahren nutzt Toray Mikroorganismen, die aus Zuckern ein Adipinsäure-Zwischenprodukt herstellen. Die Biochemiker haben die Gene dieser Mikroorganismen neu kombiniert und so die Effizienz des Stoffwechsels gesteigert. Dabei kamen Methoden der Bioinformatik zum Einsatz, um optimale mikrobielle Fermentationswege für die Synthese zu finden. Die Mikroorganismen steigern die Ausbeute des Zwischenprodukts bei der Synthese um mehr als das Tausendfache. Umkehrosmose-Trennmembranen reinigen das Zwischenprodukt und erhöhen die Konzentration. Dieser Ansatz ist besonders energieeffizient. Auch entsteht bei dem  Verfahren zur Herstellung von Bio-Adipinsäure im Gegensatz zu den Herstellungsverfahren aus Erdöl kein Distickstoffmonoxid.

Toray entwickelt derzeit ein Verfahren zur Herstellung von Zuckern aus Ernterückständen und anderen nicht-essbaren pflanzlichen Ressourcen. Dabei forscht das Unternehmen in zwei Projekten gemeinsam mit dem National Institute of Advanced Industrial Science and Technology und dem RIKEN, Japans größter Forschungseinrichtung. Die Projekte erhalten Mittel der New Energy and Industrial Technology Development Organization. Das erste Projekt befasst sich mit der „Entwicklung von Produktionstechniken für hochfunktionale Biomaterialien unter Verwendung von intelligenten Zellen aus Pflanzen und anderen Organismen“, das zweite laufende Projekt behandelt die „Entwicklung einer biobasierten Produktionstechnologie zur Beschleunigung des Kohlenstoffrecyclings“. 

Die Hochschule Luzern HSLU hat zusammen mit Wirtschaftspartnern Methoden entwickelt, wie sich Alttextilien wieder zu hochwertigen Pullis, Arbeitskleidern oder Teppichen verarbeiten lassen.

Einem Bericht von WWF und PWC zur Folge sind in einem durchschnittlichen Schweizer Schrank 118 Kleidungsstücke, wobei ein Outfit – bestehend aus Pulli, Hose und T-Shirt – mit 1.5 Kilo zu Buche schlägt. Pro Tag landen 70’000 dieser Outfits oder 100 Tonnen in der Altkleidersammlung. Tendenz steigend.

Etwa die Hälfte der Altkleider wird weiterverkauft und exportiert. "Wie groß der Anteil an tatsächlich weitergenutzten Kleidungsstücken ist, ist nicht einfach zu beziffern", sagt Designforscherin Tina Tomovic von der Hochschule Luzern. Sicher ist laut der Expertin für textile Nachhaltigkeit, dass ein immer größerer Teil zu minderwertigen Produkten wie Putzlappen verarbeitet oder direkt verbrannt wird. Das Material dieser Textilien verschwindet damit unwiederbringlich aus dem Wertstoff-Kreislauf.

Dabei gilt die Textilindustrie als äusserst ressourcenintensiv. Textilien stehen gemäß eines Nachhaltigkeits-Aktionsplans der EU beim Verbrauch von Rohstoffen und Wasser an vierter Stelle, nach der Lebensmittelherstellung, dem Wohnungsbau und dem Verkehr. Baumwolle beispielsweise benötigt nicht nur viel Land zum Wachsen, sondern auch sehr viel Wasser. Die Alternative, synthetische Textilien, ist nicht besser, wie Tina Tomovic ergänzt. Sie basieren meistens auf Erdöl – einer endlichen Ressource.

Auf der Suche nach dem reinen Stoff
Für die HSLU-Forscherin ist klar: "Wir müssen unsere alten Kleider viel besser wiederverwerten als bisher und so den textilen Kreislauf schließen." Ein geschlossener Kreislauf bedeutet, dass alte Pullis oder T-Shirts nicht verbrannt oder zu Lappen verarbeitet werden, sondern zu neuer Kleidung – die dann wieder im Laden landet. Wie dieses Recycling funktionieren könnte, erforschten Tomovic und ihr Team gemeinsam mit Unternehmen aus der Textilindustrie im Projekt «Texcircle».

Oft bestehen Textilien aus verschiedenen Materialien, beispielsweise Baumwolle vermischt mit Polyester. Das macht das Recycling aufwändig. Denn das Material muss möglichst rein sein, um zu einem vielseitig verwendbaren Garn weiterverarbeitet werden zu können; «wild durcheinander gewürfelte Textilien», so Tomovic, nützten gar nichts.

Zweieinhalb Tonnen Material verarbeitet
Das Projektteam nahm daher die gesamte Recycling-Prozesskette unter die Lupe, vom Sammeln der Alttextilien übers Sortieren und dem anschließenden maschinellen Zerkleinern bis hin zum Spinnen des so gewonnenen Rohstoffs zu neuen Garnen und Vliesen. Die verwendeten Alttextilien – insgesamt 2.5 Tonnen Material – stammten größtenteils aus den Sammlungen des Textilverwerters Texaid. Eine zentrale Rolle im Projekt spielten nationale und internationale Wirtschaftspartner, welche die Fasern, Garne und Vliese zu Produkten verarbeiteten.

Namhafte Partner im In- und Ausland
Ein einzelnes Unternehmen wird den Herausforderungen einer funktionierenden Kreislaufwirtschaft nicht begegnen können – dies war eine der Schlussfolgerung aus dem Vorgängerprojekt «Texcycle», in welchem die Forschenden auf das Sammeln und Sortieren von Alttextilien fokussierten. Daher wurde für das Nachfolgeprojekt der "Texcircle-Cluster", bestehend aus Schweizer und internationalen Unternehmen im Bereich Textilfertigung und -recycling, gegründet. Die Projektpartner steuerten Know-how, Eigenleistung, finanzielle Beiträge und Materialspenden bei.

Die Partner aus der Industrie waren Coop, Rieter, Rohner Socks, Ruckstuhl, Texaid und Workfashion.
Texcircle wurde von der schweizerischen Agentur für Innovationsförderung Innosuisse unterstützt.

Die Tests in den Fabrikhallen der einzelnen Partnerunternehmen bezeichnet Tina Tomovic als «Reality Checks». Mehr als einmal musste das Team beim Bearbeiten des Materials feststellen, dass die Theorie in der Praxis nicht immer umsetzbar ist, wie sie erzählt: "Alte Kissen und Bettdecken sind aus einer Materialperspektive zwar sehr interessant für das Recycling. Eine effiziente und kostengünstige Verarbeitung der Waren ist heute aber noch nicht möglich."

Höhepunkt des zweijährigen Projektes war die Produktion mehrerer Prototypen auf der Basis von Alttextilien. Beispielsweise produzierte die Winterthurer Firma Rieter aus alten Jeanshosen Garn für einen Pullover. Der Zuger Arbeitsbekleidungsproduzent Workfashion wiederum verarbeitete alte Kissen und Bettdeckenfüllungen zu Isolationsfutter für Arbeitswesten – die Produktqualität musste im Rahmen des Projektes stets gleich hoch sein wie bei vergleichbaren Textilien im Laden.

Die Firma Ruckstuhl im bernischen Langenthal entwickelte einen Recycling-Teppich für den Wohnbereich. Das Garn dafür stammt zur Hälfte von getragenen Wollmänteln. «Wir haben schon länger nach Mitteln gesucht, wie wir im Betrieb einen weiteren Schritt in Richtung Nachhaltigkeit gehen können», sagt Ruckstuhls Geschäftsführer Adrian Berchtold. Das Projekt sei somit genau zur richtigen Zeit gekommen. Er erläutert: "Die Projektresultate zwangen uns, zu hinterfragen, welche Produktionsschritte für diesen neuen Teppich nachhaltig sind und welche nicht."

Berchtold überraschte insbesondere die Erkenntnis, dass das Waschen von alten Mänteln mit Wasser umweltschädlicher ist als mit Chemikalien: "Der Wasserverbrauch war einfach zu hoch. Paradoxerweise ist es in diesem Fall ressourcenschonender, die Textilien mit Ozon zu reinigen." Ruckstuhl plant, den Recycling-Teppich ab Mitte 2023 in kleiner Serie herzustellen.

SOEX ist eine Geschäftspartnerschaft mit dem Start-up Sneaker Rescue eingegangen, um getragenen Schuhen ein zweites Leben zu geben. Zehn Tonnen aussortierte Schuhe kommen jeden Tag im SOEX Sortierwerk in Wolfen an. Das sind mindestens 20.000 Paar Schuhe pro Tag, viele davon sind Sneaker. Der Großteil dieser Schuhe gehen wieder in den Verkauf in Secondhandläden oder auf Märkten im Ausland. Manche Schuhe sind aber so dreckig oder kaputt, dass sie niemand mehr kaufen möchte. Bisher werden diese Schuhe nicht mehr getragen, sondern recycelt. Diesen Schuhen schenkt SOEX jetzt ein zweites Leben – nicht mehr nur als Rohstoff für andere Produkte, sondern in ihrer ursprünglichen Form: als tragbare Schuhe. 400 Paar will SOEX täglich retten. Der Retter in der Not an der Seite von SOEX ist Hagen Matuszak, der Gründer von Sneaker Rescue, einer Reparaturwerkstatt aus Berlin, die auf Sneaker spezialisiert ist. Gemeinsam wollen SOEX und Sneaker Rescue dafür sorgen, dass auch in der Sneaker-Welt statt Tragen, Aussortieren, Recyceln ein wirklich geschlossener Kreislauf entsteht: getragene, aussortierte Schuhe sollen weitergetragen werden.

Allein in Deutschland werden laut Umweltbundesamt über 380 Millionen Paar Schuhe pro Jahr weggeworfen. Viele davon sind Sneaker, die in den letzten Jahren zum gehypten Konsumgut avancierten – sie haben längst ihr rein sportliches Image abgelegt und ihren Weg in unsere alltägliche Garderobe gefunden. Nun kommen immer mehr dieser Sneaker in den Sortierwerken von SOEX an, weil sie nicht mehr getragen werden oder aufgetragen wurden. „Indem wir Sneaker retten, retten wir die Ressourcen“, sagt Walter J. Thomsen. Denn in Sneakers werden eine Vielzahl an Materialien verbaut, im Schnitt sicher 50, schätzt der Sneaker-Fachmann Matuszak. Darunter viele Materialien wie Polyester, für deren Herstellung Erdöl als Rohstoff verbraucht wird – genau diese fossilen Rohstoffe gilt es zu bewahren, statt zu verschwenden, dafür müssen die Sneaker gerettet werden.

Das muffige Image von getragenen Schuhen hat nichts mit dem zu tun, was am Ende dabei rauskommt, wenn Hagen Matuszak mit ihnen fertig ist. Eine Stunde braucht er, um ein Paar zu retten. Das heißt: Schuhe reinigen, Sohle austauschen, Löcher stopfen. Und auch gegen den Geruch von getragenen Schuhen hat Hagen Matuszak bereits eine Lösung in seiner Werkstatt in Berlin Britz stehen: ein Ozongenerator. Der Aktivsauerstoff Ozon reagiert mit den Geruchsmolekülen und inaktiviert diese. Die Gerüche sind damit nicht nur überdeckt, sondern zerstört. Am Ende werden aus den geretteten Schuhen neuwertige Schuhe ohne knappe Ressourcen für einen komplett neuen Schuh zu verschwenden. SOEX und Sneaker Rescue leisten damit einen wichtigen Beitrag, um Langlebigkeit und Kreislaufwirtschaft in der Branche zu fördern.

• Einladung zur Abschlusskonferenz des Projektes iMulch

Während Kunststoffe in maritimen Gewässern aktuell zahlreiche gesellschaftliche Akteure beschäftigen, finden Bodenbelastungen durch Kunststoffe in Äckern und Feldern durch landwirtschaftliche Folien bisher kaum Beachtung. Besonders Mulchfolien kommen sowohl zur Ertragssteigerung als auch infolge klimatischer Ursachen, immer häufiger zum Einsatz.

Dieser Thematik widmeten sich daher die Forschenden des Projektes iMulch. Um einen Nachweis von Kunststoffen in Böden und Drainagewässern zu erbringen und mögliche Folgen aufzuzeigen, untersuchte und verglich das Forschungsteam den Einfluss konventioneller erdölbasierter Mulchfolien mit bio-abbaubaren Alternativen.

Die gesammelten Projektergebnisse präsentiert das Konsortium mit Unterstützung externer Expertinnen und Experten am 28. April von 10-17 Uhr online im Rahmen der iMulch Abschlusskonferenz. Eine Anmeldung zur kostenlosen Teilnahme sowie die Veranstaltungsagenda finden sie unter dem folgenden Link:
http://imulch.eu/abschlusskonferenz/

Kunststoffemission in Böden
Um untersuchen zu können, ob der Einsatz von Mulchfolien auf Böden kritische Kunststoffemissionen verursacht, entwickelten die Forschenden zunächst eine umfassende Teststrategie. Diese ermöglichte es, Informationen zu Menge, Typ und Größe der Kunststoffpartikel sowie zu ihrem Transportverhalten und Verbleib im Boden zu gewinnen. Der erste Schritt bestand in der Entwicklung geeigneter Test-Methoden zur Bestimmung von Polymermenge, Polymerart und Polymergröße. Einsatz fanden besonders die Thermoextraktions-Desorptions-Gaschromatographie-Massenspektrometrie (TED-GC-MS), FT-IR-Spektrometrie und die konfokale Raman-Mikroskopie (CRM).

In Laborständen untersuchten sie parallel die Verwitterung von Folien in Böden und in Drainagewasser sowie das Adsorptionsverhalten von Folien in Bezug auf Schadstoffe. Ein weiterer Untersuchungsschwerpunkt bestand in der möglichen Toxizität der Folien auf aquatische und terrestrische Organismen. Die Ergebnisse dieser Experimente boten wertvolle Rückschlüsse zum Verhalten und Verbleib landwirtschaftlicher Folien in der Umwelt.

Über mehr als 12 Monate hinweg erforschte das Team zudem den Transport der in den Folien eingesetzten Polymere in Freilandlysimetern. Hierbei analysierten sie sowohl den Transport im Boden als auch die Aufnahme in Pflanzen. Die Ergebnisse erlauben Rückschlüsse zur Frage, ob Polymerpartikel aus dem Boden ins Grundwasser eintreten oder durch eine Aufnahme in Pflanzen in die Nahrungskette gelangen können.

Mikrobielles Upcycling durch Bakterien
Eine vielversprechende Lösung zum Abbau und zur Nutzbarmachung von Mulchfolienresten scheinen mikrobielle Upcycling-Ansätze zu bieten. Diese nutzen Mikroorganismen, welche in der Lage sind, Kunststoff-Moleküle im Rahmen von Stoffwechselprozessen umzuwandeln.

Hierbei können sie Moleküle von industriellem Interesse produzieren, beispielsweise das Biopolymer PHA. Eine Optimierung der Stoffwechselwege des Mikroorganismus Cupriavidus necator demonstrierten die Forschenden erfolgreich am Beispiel von PBAT-Monomeren und realisierten dort eine effektive Umwandlung zum Biopolymer PHA. Diese stoffliche Nutzung von Mulchfolien durch mikrobielles Upcycling kann zukünftig zu einer signifikanten Verbesserung der Ökobilanz landwirtschaftlicher Folien beitragen. Das Projekt iMulch wird mit Mitteln aus dem Europäischen Fond für regionale Entwicklung (EFRE) „Investitionen in Wachstum und Beschäftigung“ gefördert.

Zahnbürsten, Gitarrensaiten, Damenstrümpfe, Fallschirme: Es gibt fast nichts, was man aus Nylon nicht herstellen könnte. In den USA entwickelt, waren diese Polyamide (chemisch: Polyhexamethylenadipinsäureamid) die ersten vollständig synthetisch hergestellten Fasern. Rohstoff damals wie heute: Erdöl. Toray ist es nun gelungen, eine Nylon-510-Faser aus rein biobasierten synthetischen Polymeren herzustellen. Ecodear™ N510 ist die erste zu 100 Prozent pflanzenbasierte Nylonfaser in der Ecodear™-Produktpalette von Toray.

Ecodear™ N510 richtet sich an High-End-Märkte, wo Kunden großen Wert auf Nachhaltigkeit legen. Die Fasern sind in erster Linie für Sport- und Outdoor-Bekleidung gedacht, können aber auch in leichter Unterwäsche sowie Spitzenstoffen verarbeitet werden.

Toray plant den Verkaufsstart von Textilien aus Ecodear™ N510 für Herbst/Winter 2023. Bis Ende März 2023 soll das Produktionsvolumen 200.000 Meter betragen und bis März 2026 auf 600.000 Meter anwachsen. Der Verkauf von Ecodear™ N510-Fasern soll dann im Herbst/Winter 2024 starten, bis März 2024 erwartet das Unternehmen eine monatliche Produktion von drei Tonnen.

Toray entwickelte Ecodear™ N510 durch Polymerisieren und Spinnen von Sebacinsäure aus Rizinusöl und Pentamethylendiamin aus Mais. Im Gegensatz zu anderen Nylonsorten auf rein pflanzlicher Basis hat Ecodear™ N510 einen hohen Schmelzpunkt und eine hervorragende Dimensionsstabilität. Außerdem ist es genauso stark und hitzebeständig wie Nylon 6. Unternehmen können so nachhaltige Produkte herstellen, ohne bei den Eigenschaften Abstriche machen zu müssen.

Für Toray ist Ecodear™ N510 aber nur der Anfang. Das Unternehmen arbeitet bereits an dünneren und leichteren Fasern sowie an Varianten mit einer anderen Form des Faserquerschnitts, was Textilien besondere Eigenschaften verleihen wird. Damit erschließt Toray neue Anwendungen für Bekleidung und technische Materialien und unterstützt die Transformation zu einer nachhaltigen Gesellschaft. Die Toray-Gruppe hat sich das Ziel gesetzt, bis 2050 Kohlenstoffneutralität zu erreichen und zur Lösung von Umweltproblemen auf der ganzen Welt beizutragen.

Mit ihren Forschungsergebnissen zur Herstellung von Kohlenstofffasern aus Holz bewarben sich die DITF erfolgreich um den ersten Preis der „Cellulose Fibre Innovation of the Year“. Nominiert wurden die DITF im Rahmen der „International Conference on Cellulose Fibres 2022“, die vom 2. bis 3. Januar in Köln stattgefunden hat.

Zum zweiten Mal kürte das nova-Institut für Ökologie und Innovation im Rahmen der „International Conference on Cellulose Fibres 2022“ herausragende wissenschaftliche Forschung, die nachhaltige Lösungen für die Wertschöpfungskette von Zellulosefasern liefert. Die DITF Denkendorf präsentierten sich mit dem Thema „Kohlenstofffasern aus Holz“ inmitten eines aktuellen Forschungsfeldes, das ressourcenschonende Alternativen zu Fasern auf fossiler Basis liefert.

Das Kompetenzzentrum Biopolymerwerkstoffe der DITF Denkendorf erhielt bei der Nominierung den ersten Platz mit der Präsentation von Kohlenstofffasern (Carbonfasern), die in einem neuartigen und nachhaltigen Verfahren aus dem Rohstoff Holz gewonnen werden. Die HighPerCellCarbon®-Technologie beschreibt ein patentiertes Verfahren, das unter der Federführung von Dr. Frank Hermanutz weiterentwickelt worden ist: In Folge dessen können in einem nachhaltigen und besonders umweltschonenden Prozess Carbonfasern auf der Basis von Biopolymeren erzeugt werden.

Das HighPerCellCarbon®-Verfahren umfasst das Nassspinnen von Zellulosefasern unter Verwendung ionischer Flüssigkeiten (IL) als Direktlösungsmittel. Das Filamentspinnverfahren stellt den zentralen technischen Teil. Es erfolgt in einem umweltfreundlichen und geschlossenen System. Das Lösungsmittel (IL) wird dabei vollständig rezykliert. Die auf diesem Wege erzeugten Zellulosefasern werden in einem weiteren Entwicklungsschritt durch einen Niederdruck-Stabilisierungsprozess direkt in Carbonfasern umgewandelt, gefolgt von einem geeigneten Carbonisierungsprozess. Während des gesamten Verfahrensablaufs entstehen keine Abgase oder giftigen Nebenprodukte.

Neben der Rezyklierfähigkeit des verwendeten Lösungsmittels steht besonders die Verwendung des Rohstoffs Holz für Ressourcenschutz. Erdölbasierte Ausgangsstoffe, die üblicherweise in der industriellen Herstellung von Carbonfasern Verwendung finden, werden durch nachwachsende Biopolymere substituiert.

• Fraunhofer CCPE veröffentlicht Positionspapier und Forschungsprogramm zum Recycling von Kunststoffen

Der Fraunhofer Cluster of Excellence Circular Plastics Economy CCPE hat ein Positionspapier zum Stand von Wissenschaft und Technik von Recyclingtechnologien für Kunststoffe vorgelegt. Der Schwerpunkt liegt auf chemischen Recyclingverfahren. Eine Marktanalyse zeigt aktuelle Industrieaktivitäten, außerdem werden die Fraunhofer-Kompetenzen im Kunststoff-Recycling im Überblick dargestellt.

Positionspapier und Forschungsprogramm zum Recycling von Kunststoffen

Rund 30 Fraunhofer Institute und Einrichtungen befassen sich mit dem Recycling und der Aufbereitung von Kunststoffen. Übersicht aktueller Initiativen zur Demonstration und Kommerzialisierung von chemischen Recyclingverfahren.

Das Positionspapier gibt einen Überblick über werk- und rohstoffliche (chemische) Aufbereitungstechnologien für Kunststoffe, die sich derzeit in der Entwicklung befinden und noch nicht zum Stand der Technik zählen. Insbesondere werden sogenannte chemische Recyclingverfahren eingeordnet. Beleuchtet werden dabei der technische Entwicklungsstand der Verfahren, deren Vor- und Nachteile, die regulatorischen und gesetzlichen Rahmenbedingungen, die ökonomische Machbarkeit sowie Potenziale für den Umwelt- und Klimaschutz. Eine Marktübersicht zeigt darüber hinaus, welche Projekte seitens der Industrie im Bereich chemischer Recyclingverfahren derzeit laufen, welche Abfallstoffe behandelt werden und welche Anlagenkapazität vorhanden bzw. geplant ist.

Prof. Matthias Franke, Leiter des Institutsteils Sulzbach-Rosenberg von Fraunhofer UMSICHT, entwickelt vor allem pyrolysebasierte Recycling­technologien. Er fasst die Ergebnisse zusammen: »Die Nachfrage nach hochwertigen Kunststoffrezyklaten nimmt derzeit zu. Hintergrund sind einerseits die Selbstverpflichtungen der Hersteller, andererseits die Vorgaben der Europäischen Union zum Rezyklateinsatz. Mit Rezyklateinsatzquoten und steigenden CO2-Preisen wird die Wettbewerbsfähigkeit von Rezyklaten gegenüber Primärware gestärkt, und die Abhängigkeit vom Rohölpreis aufgehoben. Dies schafft Investitionssicherheit für das Recycling. Neuartige Recyclingtechnologien sind nach unserer Einschätzung technisch in der Lage, die zusätzliche Nachfrage nach hochqualitativen Rezyklaten zu bedienen. Entwicklungs­bedarf gibt es vor allem noch bei komplexen Abfällen wie zum Beispiel Verbundmaterialien. Auch eine ökologische Gesamtbewertung der Verfahren steht noch aus.«

Ausgehend vom derzeitigen Entwicklungsstand schätzen die Fraunhofer Forschenden die Potenziale von alternativen Recyclingtechnologien insgesamt positiv ein, wenn Sie als Ergänzung zu etablierten werkstofflichen Verfahren eingesetzt werden. Sie seien technisch mach- und beherrschbar, sie könnten dazu beitragen, die Kreislaufführung von Kunststoffen zu verbessern und hochqualitative Sekundärrohstoffe für die Industrie bereit zu stellen. Vor allem die rohstofflichen / chemischen Verfahren könnten ein ergänzender Baustein für höherwertiges Kunststoff-Recycling sein besonders bei bisher schwer behandelbaren Abfallströmen.

Die Positionen des Fraunhofer CCPE im Einzelnen:

• Werkstoffliche Verfahren sind für sortenreine Kunststofffraktionen (Thermoplaste) die beste Wahl.
• Mit zunehmender Heterogenität, Verschmutzung oder Kontamination von Kunststoffabfällen kommt das werkstoffliche Recycling an seine Grenzen. Füll-, Stör- und Schadstoffe können in Sortier-, Wasch- und Extrusionsanlagen oft nicht vollständig ausgeschleust werden. Bestimmte Kunststoffsorten sind werkstofflich kaum verwertbar.
• Um eine Steigerung der Kreislaufführung von Kunststoffen zu erreichen, ist eine Ergänzung der werkstofflichen Verfahren durch alternative Prozesse und Prozess-Kombinationen erforderlich.
• Da chemische Recyclingverfahren ebenfalls in der Lage sind, Sekundärrohstoffe für die Kunststoffproduktion bereitzustellen, sollte die werkstoffliche Verwertungs­quote im Bereich der Verpackungskunststoffe durch eine technologieoffene Recyclingquote ersetzt werden. Dies würde technische Innovationen im mengenmäßig dominanten Recycling von Verpackungen fördern.
• Eine gesamtökologische Betrachtung von Recyclingverfahren oder Verfahrens­kombinationen für spezifische Altkunststoffe muss noch erbracht werden.
• Eine teilweise Substitution von erdölbasierten Basischemikalien durch chemische Rezyklate bspw. auf Basis von Kunststoffabfällen erscheint technologisch möglich.

Im Positionspapier stellt Fraunhofer CCPE eine Forschungsagenda vor:

1. Analyse von kunststoffhaltigen Abfällen verbessern
2. Transparenz über ökonomische und ökologische Auswirkungen durch Langzeitbetrieb herstellen
3. Dynamische Bewertungsmodelle für die Abfallbehandlung entwickeln
4. Recyclingtechnologien koppeln
5. Automatisierte, KI-basierte gestufte Recyclingverfahren erforschen
6. Rezyklate und Zwischenprodukte aus den Recyclingprozessen optimieren