FH-Impulspartnerschaft LaNDER³

LaNDER3: Lausitzer Naturfaser-Verbundwerkstoffe: Dezentrale Energie, Rohstoffe, Ressourcen, Recycling

 

Die strategische Partnerschaft LaNDER3 ist ein Verbund aus der Hochschule Zittau/Görlitz und vorrangig regionalen Unternehmen. Sie leistet einen Beitrag zum nachhaltigen und wirtschaftlichen Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen. Ziel ist es, alle Prozessschritte im Lebenszyklus von Verbundwerkstoffen zu optimieren und prozessintern – unter energetischer Verwertung der dabei anfallenden Nebenprodukte – mit Energie zu versorgen.

Moderne Hochleistungsmaterialien, wie beispielsweise kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe, sparen durch ihre geringe Bauteilmasse oftmals Energie ein. Dennoch belasten sie die Umwelt durch einen hohen Energie- und Ressourcenbedarf in der Bauteilherstellung. LaNDER3 will diesen Konflikt zwischen Leistungsfähigkeit und Nachhaltigkeit lösen und eine ressourcenbewusste Alternative schaffen.

Im Mittelpunkt der Forschungsaktivitäten stehen naturfaserverstärkte Kunststoffe und ihr gesamter Produktlebenszyklus. Die Projekte adressieren sowohl die Entwicklung effizienter Technologien und Prozesse zur Herstellung, Veredelung, Nutzung und Wiederverwertung von naturfaserverstärkte Kunststoffen als auch die Energiegewinnung aus biologischen Reststoffen während der Faserherstellung und dem Recycling.

Das Innovationspotenzial naturfaserverstärkter Kunststoffe wird durch die Vertiefung von Fachkompetenz und Erweiterung des Anwendungsbereiches zur Erschließung neuer Märkte und damit zur Stärkung des Forschungs- und Wirtschaftsraums Oberlausitz beitragen.

Partnerschaftsportrait

Die kunststoffverarbeitende Industrie ist mit vielen kleinen und mittleren Unternehmen in der Oberlausitz fest verwurzelt. Spätestens seit dem Braunkohle-Ausstieg gilt die Branche als eine der Wegweisenden für die Zukunft des Wirtschaftsstandortes. Die FH-Impuls-Partnerschaft LaNDER³ der Hochschule Zittau/Görlitz zielt darauf ab, die Wettbewerbsfähigkeit der regionalen Unternehmen zu stärken und Impulse für marktgerechte Innovationen zu setzen. Damit leistet LaNDER³ einen wichtigen Beitrag zur Zukunftsfähigkeit der Region.

Forschungsthemen in LaNDER3: Kreislauf aus Energiegewinnung, Energieeffizienz und Prozessvernetzung
Forschungsthemen in LaNDER³ zur Bearbeitung an der Hochschule Zittau/Görlitz (Bild: Hochschule Zittau/Görlitz)

Gemeinsam mit rund 25 regionalen Partnern hat die Hochschule Zittau/Görlitz die Partnerschaft LaNDER³ Anfang 2017 aufgesetzt. Als eine von 10 Kooperationen erhielt der Oberlausitzer Forschungsverbund den Förderzuschlag des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Maßnahme „Starke Fachhochschulen – Impuls für die Region“ (FH-Impuls).

LaNDER³ beschäftigt sich mit naturfaserverstärkten Kunstoffen (NFK). Diese sind nicht nur besonders stabil, ressourcenschonend und umweltverträglich, sondern auch ausgesprochen leicht. Haupteinsatzgebiet dieser Kunststoffe ist die Fahrzeugindustrie. Automobilhersteller setzen NFK bereits seit Jahrzehnten im Fahrzeuginnenraum ein, zum Beispiel für Türverkleidungen und Armaturen. Beim DDR-Kultauto Trabant wurden NFK sogar für die komplette Außenhaut verwendet, die deshalb nicht rostete und besonders wenig wog. Ein neues, vielversprechendes Einsatzgebiet für NFK liefert nun die Elektromobilität. Denn Effizienz und Reichweite von E-Fahrzeugen sind umso besser, je weniger Gewicht sie auf die Waage bringen. Auch als innovative Filtermaterialien für die Reinigung von Wasser und Luft könnten naturfaserbasierte Materialien Karriere machen.

Mehr erfahren

Naturfaserverstärkte Kunststoffe

Naturfaserverstärke Kunststoffe (NFK) bestehen aus einem Kunststoff (beispielsweise Polyesterharz, Epoxidharz oder Polyamid) und Naturfasern. Für die Herstellung von NFK werden unterschiedlichste Naturfasern genutzt, am häufigsten Flachs- und Hanffasern, tropische Fasern wie Jute, sowie Holzfasern. Mithilfe spezieller Verfahren werden die Fasern so aufbereitet, dass sie bestimmte technische Eigenschaften erhalte, die für den späteren Einsatz notwendig sind.

 

Der Siegeszug der biokompatiblen Werkstoffe wird bislang gehemmt durch die teils noch unzureichenden Eigenschaften der Werkstoffe im Vergleich zu Glas- oder Kohlefaserverstärkten Materialien. Zudem ist die standardisierte Produktion derzeit noch problematisch aufgrund der schwankenden Materialeigenschaften der Naturstoffe. Dies sind zwei Aspekte, die sich nicht nur nachteilig auf die Kosten, sondern auch auf die nur Erschließung neuer Einsatzgebiete auswirken.

Unternehmen, denen es gelingt, NFK wirtschaftlicher und nachhaltiger für neue Einsatzgebiete zu nutzen, können vor diesem Hintergrund einen echten Wettbewerbsvorteil erlangen. In der Oberlausitz ist die kunststoffverarbeitende Industrie mit vielen kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) stark verwurzelt. LaNDER³ trifft den Nerv dieser KMU, die sich von der Forschungskooperation mit der Hochschule neue Impulse für ihr Geschäft versprechen. „Im Rahmen von LaNDER³ wollen wir Lösungen finden, um NFK effizienter und nachhaltiger zu produzieren und darüber hinaus neue Einsatzbereiche erschließen“, sagt Dr. Matthias Kinne, Projektkoordinator von LaNDER³ an der Hochschule Zittau/Görlitz. „Dafür betrachten wir den gesamten Lebenszyklus, von der Rohstoffgewinnung bis zur Wiederverwertung. Wir analysieren jede Station und überlegen, wo wir Energie einsparen, Prozesse vereinfachen und Verfahren optimieren können. Außerdem nutzen wir anfallende Reststoffe, um selbst Energie für die NFK-Produktion zu erzeugen.“

In bisher vier Forschungsprojekten –  zwei Impuls-, einem Explorativ- und einem KMU-Projekt  –arbeiten die LaNDER³-Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft zusammen. In einem eigens errichteten Forschungszentrum auf dem zentralen Campus der Hochschule wurde die gesamte Prozesskette nachgebildet. Dort treffen sich die Projektteams regelmäßig zur praxisnahen Forschungsarbeit und für den übergreifenden Austausch.

Effizient und nachhaltig – von der Rohstoffgewinnung über die Fertigung bis zum Recycling

Erste Lösungsansätze für die verschiedenen Stationen des NFK-Lebenszyklus, angefangen bei der Rohstoffgewinnung über die Verarbeitung bis hin zum Recycling:

Rohstoffgewinnung:
Die Rohstoffe für die NFK-Produktion müssen nicht extra angebaut werden, sondern sind bereits vorhanden: Biomasse aus Grünschnitt und Feldabfällen der regionalen Landwirtschaft liefert die natürliche Basis für die NFK-Produktion im Rahmen von LaNDER³. Die Fasern werden mithilfe spezieller Faseraufschlussverfahren aus der Biomasse gewonnen und biotechnologisch aufbereitet. Dabei anfallende organische Reststoffe werden separiert und in einem speziellen Reaktor in Biogas umgewandelt. Anorganische Reste wie Phosphat werden ebenfalls separiert, aufgearbeitet und weiter verwertet.

Produktion:
Im Bereich der Fertigung geht es um verbesserte Bauteil- und veränderte Oberflächeneigenschaften von NFK durch werkstoffangepasste Fertigungsverfahren. Damit sollen neue Einsatzbereiche für NFK-Bauteile erschlossen werden. Im Fokus steht die Erforschung und Entwicklung intelligenter, vernetzter und effizienter Fertigungsverfahren für wirtschaftliche NFK- Bauteile.

Recycling:
Die Partner entwickeln beziehungsweise optimieren innovative Aufbereitungstechnologien für NFK-Produkte und Werkstoffe. So werden wiederverwertbare Teile der NFK mithilfe modernster Sensor- und Datenverarbeitungstechniken aussortiert und der Prozesskette erneut zugeführt. Nicht wiederverwertbare Stoffe sollen mithilfe spezieller Anlagen in Energie für die lokale Energieversorgung umgewandelt werden.

Neue Einsatzgebiete für NFK

Neben der Prozessoptimierung steht die Gewinnung neuer Einsatzbereiche für NFK im Fokus der Forschungsaktivitäten. Dazu arbeiten die Kooperationspartner daran, die Oberflächeneigenschaften von Naturfasern so zu verändern, dass sie sich flexibel an verschiedene Fertigungsverfahren anpassen lassen. Zudem forschen die Experten an der Herstellung naturfaserbasierter Materialien zur effizienten Luft- und Wasserreinigung.

 

Vorteile für alle Beteiligten

Für die Unternehmen

++ Wettbewerbsvorteile durch wirtschaftliche NFK
++ Neue Anwendungsgebiete, neue Märkte
++ Know-how-Transfer
++ Stärkung Investition in Forschung und Entwicklung z. B. durch Sattelitenprojkte
++ Planungssicherheit durch lange Vorhabenslaufzeit
++ Netzwerkzugriff
++ qualifizierte Fachkräfte

Für die Hochschule

++ Fördergelder ermöglichen Investitionen in die wissen-schaftliche Infrastruktur und Ausbau des Forschungsprofils der Hochschule
++ Studierendengewinnung und -bindung durch modernste Geräte und hohen Praxisbezug dank der engen Vernetzung mit regionalen Unternehmen
++ Größere Planungssicherheit für Projekte und Investitionen durch langfristige Förderung

Für die Region

++ Strahlkraft als überregionaler Wissenschafts- und Wirtschaftsstandort
++ Zusätzliche Arbeitsplätze durch unternehmerisches Wachstum und Ausgründungen

 

Fragen an...

Porträt von Matthias Schwarzbach
Matthias Schwarzbach
(Bild: IHK Dresden, GS Zittau)

... Matthias Schwarzbach, IHK Dresden, Leiter der Geschäftsstelle Zittau, Mitglied des Beirates von LaNDER3

Welche Aufgaben hat der Beirat?

Wir haben eine projektübergreifende, moderierende Rolle innerhalb des Netzwerkes und fördern den Austausch zwischen den verschiedenen Projektteilnehmern. Der Beirat tagt halbjährlich und ist dabei immer in einem der mitwirkenden Betriebe zu Gast. Ein Betriebsrundgang gehört zu jedem Termin dazu. Dabei lernen die Partner das Geschäft ihrer Mitstreiter in der Praxis kennen und nehmen wertvolle Impulse mit.

Was schätzen Sie an LaNDER3?

LaNDER³ betrachtet erstmals die gesamte Prozesskette des NFK-Lebenszyklus, quasi von der Wiege zur Bahre. Gerade das Thema Recycling bietet ein riesiges Potenzial. Wenn man Kunststoff-Bauteile nicht mehr entsorgen muss, sondern zumindest Teile daraus wiederverwenden kann, steigert das die Nachhaltigkeit der Werkstoffe enorm. Zur Verdeutlichung: Die Entsorgung moderner  Hochleistungsmaterialien aus kohlenfaserverstärkten Kunstoffen ist weltweit zum Problem geworden, denn sie verbraucht sehr viel Energie, da Kohlefasern erst bei einer Temperatur von 1200 bis 1300 Grad verbrennen. Naturfaserverstärkte Kunststoffe bieten hier eine umwelt- und klimaschonende Alternative und damit einen großen Markt für unsere regionalen Unternehmen. So treiben wir mit LaNDER³ letztendlich den Strukturwandel in der Oberlausitz voran.

Porträt von Christian Prescher
Christian Prescher
(Bild: Sandra Spindler)

... Christian Prescher, Mitgründer und Produktentwickler Strucnamics Engineering GmbH, Dresden

Ihr Unternehmen ist seit Anfang 2017 Partner und seit 2019 Fördermittelempfänger (KMU-Projekt) von LaNDER³. In welche Projekte sind Sie wie eingebunden?

Strucnamis hat eine spezielle Software entwickelt für die Qualitätskontrolle während der Aushärtungsprozesse von Verbundmaterialien. Mit unserem Engagement bei LaNDER³ wollen wir diese Software weiterentwickeln. Es geht darum, nicht nur diesen einen speziellen Prozess softwaretechnisch zu überwachen, sondern weitere Prozesse in der Herstellung von Verbundstoffen einzubeziehen. Das Thema NFK ist dabei für uns besonders interessant, da wir darin eine nachhaltige  Zukunft für die Verbundstofftechnik sehen.

Welche Vorteile bietet Ihnen die Beteiligung an LaNDER³?

Als Projektpartner können wir ohne Kostendruck Neues ausprobieren und unser Know-how erweitern. Im Projekt haben wir direkten Zugriff auf modernste Anlagentechnik, die uns in dieser Form sonst nicht zugänglich ist.  Außerdem bietet uns der Forschungsgegenstand NFK die Chance, auf neue, vielversprechende Technologien aufzuspringen. Denn wir sind überzeugt, dass sich NFK dank LaNDER³ vom Nischenprodukt für die Fahrzeugindustrie zu einem führenden Werkstoff in der kunststoffverarbeitenden Industrie entwickeln werden.