From the Sector

PFAS, einige Vertreter der Chemikaliengruppe PFAS werden inzwischen als gesundheitsgefährdend oder sogar krebserregend eingestuft. Die Europäische Union will eine Reihe kritischer PFAS verbieten und fördert in vier großen Verbundprojekten die Entwicklung von Ersatzmaterialien, z. B. im EU-Projekt ZeroF. In diesem Projekt entwickelt das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC im Verbund mit Industrieunternehmen und Forschungseinrichtungen Lösungen für PFAS-freie Lebensmittelverpackungen und Textilien.
 
Per- und Polyfluoralkylsubstanzen – kurz PFAS – sind Universaltalente in der Chemie: verhältnismäßig günstig herzustellen und überall da einsetzbar, wo es um besonders widerstandsfähige, glatte, öl- und wasserabweisende Oberflächen und Vollmaterialien geht. Sie sind temperatur- und chemikalienbeständig, werden als Hilfsmittel in der Produktion eingesetzt und sind selbst Bestandteil vieler Produkte – z. B. in Lebensmittelverpackungen, Kosmetika, Arzneimitteln, Pflanzenschutzmitteln, Textilien, Imprägnierungsmitteln und Löschschäumen. In die Umwelt gelangen sie durch Abwässer, als Abrieb oder Aerosol, sowie über die Ackerböden ins Grundwasser und in die Nahrungskette. Dort bleiben sie bestehen – als „Ewigkeits-Chemikalien“ können sie nicht auf natürlichem Wege abgebaut werden. In der EU ließen sich PFAS in mehr als 70 % der Grundwasser-Messtellen nachweisen. Der „Nordische Ministerrat“, ein Zusammenschluss v. a. skandinavischer Länder, hat 2019 eine Studie zu den sozioökonomischen Auswirkungen von PFAS vorgestellt. Die Studie schätzt die Gesundheitskosten durch PFAS-bedingte Erkrankungen auf mindestens 50 Milliarden Euro in der EU und bringt rund 12 000 Todesfälle in den direkten Zusammenhang mit PFAS.
 
Das Verbot von besonders kritischen Vertretern aus der PFAS-Familie, das für 2023 von der EU-Kommission geplant ist, kommt nicht unerwartet, doch es stellt die Industrie auch vor erhebliche Schwierigkeiten. So einfach lassen sich PFAS aufgrund ihrer Eigenschaftsprofile und deren Bandbreite nicht ersetzen. Für besonders relevante Bereiche (Arzneimittel, Pflanzenschutz) sind Ausnahmeregelungen vorgesehen, außerdem gelten die üblichen Übergangsfristen. Doch die Umstellung auf eine PFAS-freie Produkte ist für die Industrie nicht zuletzt deshalb notwendig, weil PFAS-Produzenten signalisieren, sich in naher Zukunft komplett vom europäischen Markt zurückziehen zu wollen. Um den umweltfreundlichen Ersatz von PFAS voranzubringen, fördert die EU derzeit in vier großen Verbundforschungsprojekten die Entwicklung von unschädlichen Alternativen in ihren jeweiligen Hauptanwendungsfeldern.
 
ZeroF – umweltfreundliche Beschichtungen für die Verpackungs- und Textilindustrie
Eines dieser Schlüsselprojekte ist das Projekt ZeroF, das sich mit PFAS-Alternativen für Lebensmittelverpackungen und Textilien beschäftigt. Das Fraunhofer ISC ist in ZeroF maßgeblich an der Entwicklung von omniphoben (öl- und wasserabweisenden) und abriebbeständigen Beschichtungen für Textilien beteiligt. Mit der Stoffklasse der ORMOCER®-Lacke stellt das Fraunhofer ISC ein vielseitiges Basismaterial zur Verfügung, das mit den vom Projektpartner VTT hergestellten cellulosebasierten Materialien kombiniert werden soll. „Die Herausforderung für uns besteht vor allem darin eine wasserabweisende Beschichtung für Textilien herzustellen, die gleichzeitig als wasserbasierte Lösung appliziert werden kann, da dies eine Vorgabe der Textilindustrie ist,“ so Dr. Claudia Stauch, Projektleiterin am Fraunhofer ISC. „Das ORMOCER® als hybrides Material erlaubt es uns, anorganische und organische Materialeigenschaften zu kombinieren und so unendlich viele Stellschrauben für diese komplexe Fragestellung zu generieren.
 
Der Einsatz der neu entwickelten ZeroF Materialien hängt auch von der Akzeptanz in der Industrie ab. Um wirtschaftlichen Schaden abzuwenden, dürfen die Unternehmen, die jetzt PFAS einsetzen, nicht mit dem Verbot und seinen Folgen allein gelassen werden. „Nicht immer wird der volle Funktionsumfang von PFAS auch wirklich benötigt. Für manche der jetzigen Anwendungsfelder, in denen es nur um ein oder zwei Schlüsseleigenschaften aus dem ganzen PFAS-Spektrum geht, gibt es bereits jetzt gute und kurzfristig einsetzbare Lösungen,“ erklärt die Wissenschaftlerin.

Projektinformationen:
 
ZeroF – Development of verified safe and sustainable PFAS-free coatings for food packaging and upholstery textile applications
Grant agreement ID: 101092164

TEKNOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS VTT OY (Koordination), Finnland
Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC, Deutschland
ASSOCIACIO AGRUPACIO D'EMPRESES INNOVADORES TEXTILS (AEI), Spanien
E.CIMA SA, Spanien
IDEAconsult, Bulgarien
KEMIRA OYJ, Finnland
ACONDICIONAMIENTO TARRASENSE ASSOCIACION (LEITAT), Spanien
LGI SUSTAINABLE INNOVATION, Frankreich
LUXEMBOURG INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY LIST, Luxemburg
TEMAS Solutions, Schweiz
Università di Bologna, Italien
Yangi, Schweden

Warnkleidung bietet vielen Menschen Sicherheit in ihrem Arbeitsalltag. Das Fraunhofer IGD hat gemeinsam mit dem Textildienstleister MEWA ein automatisches System entwickelt, um die Qualität dieser Kleidung schneller und zuverlässiger zu kontrollieren und damit die Sicherheit zu gewährleisten. Das System wurde als gemeinsames Patent angemeldet.

Warn- und Schutzkleidung, wie sie z.B. beim Straßenbau getragen wird, muss zur Sicherheit ihrer Träger bestimmte Standards erfüllen, die gesetzlich vorgeschrieben sind. Arbeitgeber haften für die gesetzeskonforme Einhaltung dieser Sicherheitsstandards. Im Auftrag von MEWA hat das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD ein System entwickelt, mit dem die Qualitätsprüfung automatisiert und optimiert werden kann.

Integrierte optische Qualitätskontrolle
Das Fraunhofer IGD hat sein Qualitätskontrollsystem mit Unterstützung der MEWA Textil-Service AG entwickelt, wo es ab 2020 an zwei Standorten im täglichen Einsatz ist. Nach der Wäsche und Trocknung durchlaufen die Kleidungsstücke auf einzelnen Bügeln eine spezielle Aufnahmebox, in der Fotos von Vorder- und Rückseite angefertigt werden. Die Fraunhofer-Software analysiert sie in Echtzeit und überträgt das Ergebnis an eine Steuersoftware, welche die Kleidung zu weiteren Stationen im Qualitätskontrollprozess schickt. Die Ergebnisse der Prüfung werden im System gespeichert – eine wertvolle Datensammlung, die MEWA zur Verfügung steht, um das System, aber auch interne Abläufe wie z.B. den Waschprozess zu analysieren und optimieren.

Prüfung wird schneller und genauer
Bisher führen qualifizierte Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen die Qualitätsprüfung der Warnkleidung manuell durch. Sie prüfen die gewaschenen Kleidungsstücke unter anderem hinsichtlich der Helligkeit und Farbechtheit der Warnfarbe sowie der Unversehrtheit der Reflexstreifen. Die automatisierte Lösung des Fraunhofer IGD kann die Mitarbeiter bei dieser optischen Prüfung unterstützen und beschleunigt gleichzeitig diesen Prozess. „Mit Hilfe der maschinellen Auswertung können wir noch besser und genauer sicherstellen, dass die Warnschutzkleidung auch nach der Wäsche den hohen Sicherungsanforderungen entspricht“, sagt Uwe Schmidt, Leiter Engineering bei MEWA. In den MEWA Standorten Weil im Schönbuch bei Stuttgart und Groß Kienitz bei Berlin werden aktuell erste Erfahrungen mit dem System des Fraunhofer IGD im Probebetrieb gesammelt, die Ausrüstung weiterer Standorte ist geplant.

Prüfsystem auf andere Branchen übertragbar
Das Prüfsystem des Fraunhofer IGD steht als Software-Baustein zur Implementation zur Verfügung. Auch andere Branchen könnte diese Technologie unterstützen. Eine automatische Klassifizierung von Retouren beim Versandhandel oder der Einsatz beim Textilrecycling wären denkbar. Eine nahtlose Einbettung in bestehende Systeme und Abläufe ist dabei entscheidend. Das Entwicklerteam beim Fraunhofer IGD arbeitet derzeit daran, die Qualitätsprüfung nicht nur anhand einzelner Fotos, sondern durch Videoaufnahmen und deren Echtzeit-Auswertung durchzuführen. Die deutlich erhöhte Anzahl der Produktansichten wird noch genauer alle Aspekte der Prüfung abdecken.