Schaumstoffe werden vielfältig eingesetzt, etwa im Automobilbau, in Haushalten, im Maschinenbau sowie in Schuhen und Helmen. Die herkömmliche Herstellung auf Erdölbasis wirkt sich jedoch negativ auf die Umwelt aus. Im EU-Projekt BreadCell hat ein internationales Konsortium daher biologisch abbaubare und rezyklierbare Schaumstoffe auf Cellulosebasis entwickelt, die in einem brotbackähnlichen Verfahren hergestellt werden. Zwei Institute der TU Graz, das Institut für Biobasierte Produkte und Papiertechnik und das Institut für Fahrzeugsicherheit, waren maßgeblich an dieser Entwicklung beteiligt.
Zahlreiche potenzielle Anwendungsbereiche
„Es ist wichtig, in so vielen Bereichen wie möglich Nachhaltigkeitsbestrebungen umzusetzen“, sagt Stefan Spirk vom Institut für Biobasierte Produkte und Papiertechnik. „Cellulose ist pflanzenbasiert und in großen Mengen verfügbar. Ölbasierte Produkte durch solche aus Cellulosematerialien zu ersetzen, zielt daher auf dieses Ziel ab und der im Projekt BreadCell entwickelte Schaumstoff hat vielfältigste Anwendungsmöglichkeiten.“ Er sieht großes Potenzial darin, ölbasierte Produkte durch Cellulosematerialien zu ersetzen, was der im Projekt BreadCell entwickelte Schaumstoff ermöglicht. Die Forschenden identifizieren vielfältige Einsatzgebiete für den umweltfreundlichen Schaumstoff, darunter im Automobilsektor für Crash-Impact-Energiemanagement, im Bausektor als Dämmstoff und in der Sportindustrie für Sportgeräte und Schuhsohlen. Das Material bietet zudem Vorteile beim Feuchtemanagement und in der Akustik.
Faser-Design und Simulationsmodelle
Ein Kernaspekt des Projekts war die Korrelation von Schaumfestigkeit und Faserdesign mittels Simulationen. Dafür wurden umfassende Materialcharakterisierungen unter unterschiedlichsten Belastungen durchgeführt, unter anderem mit einem hochdynamischen Prüfstand an der TU Graz. Die so gewonnenen Daten und entwickelten Modelle ermöglichten die Herstellung von Schäumen mit variablen Dichten und mechanischen Eigenschaften, die anschließend in verschiedenen Demonstratoren verbaut wurden.
So haben die Forschenden etwa ein Skateboard, ein Bodyboard, einen Fahrradhelm und Schuheinlagen hergestellt und getestet. „Bei der Entwicklung des Schaums zeigte sich auch eine interessante Eigenschaft: Es war eine Herausforderung, die Dichte über die gesamte Dicke des Schaums perfekt homogen zu halten“, sagt Florian Feist vom Institut für Fahrzeugsicherheit. „Doch diese Inhomogenität erwies sich bei einer spezifischen Anwendung als vorteilhaft: bei Fahrradhelmen. Eine weichere Mittellage ermöglicht eine Art Scherung zwischen der äußeren und inneren Helm-Lage. Dies reduziert bei einem Aufprall die rotatorische Belastung auf das Gehirn, ähnlich dem Prinzip moderner Sicherheitssysteme wie dem MIPS-System.“
Erstes Projekt-Spin-off stellt Schuheinlagen her
Neben der Chalmers University (Projekt-Koordination) und der TU Graz waren noch drei weitere Institutionen an BreadCell beteiligt: Die Uni Wien arbeitete an Sandwich-Konstruktionen für Leichtbauteile, während Tecnalia in Spanien die Machbarkeit der industriellen Umsetzung prüfte und BioNanoNet (BNN) in Graz die biologische Abbaubarkeit und den Lebenszyklus bewertete. Mit dem Unternehmen FOAMO ist auch ein Spin-off aus dem Projekt hervorgegangen, das auf Basis des entwickelten Schaumstoffs leichte und dämpfende Schuheinlagen herstellt.
Zur Homepage BreadCell: www.breadcell.eu