Lignin als Kernmaterial in Stoßfängern

Lignin ist neben Cellulose einer der Hauptbestandteile von Holz und fällt insbesondere bei der Zellstoff- und Papierherstellung in großen Mengen an. Bislang wird es häufig energetisch genutzt. Dabei steckt in dem natürlichen Polymer erhebliches Potenzial als Ausgangsstoff für neue biobasierte Materialien.

Im Forschungsprojekt „Ligninschaum“ wird untersucht, wie sich Lignin zu einem neuartigen Schaummaterial weiterverarbeiten lässt. Ziel ist ein möglichst vollständig ligninbasierter Schaum, der unter anderem als Kernmaterial für Stoßfänger in der Automobilindustrie eingesetzt werden könnte. Damit soll ein bislang überwiegend fossil basierter Werkstoff durch eine biobasierte Alternative ersetzt und gleichzeitig ein Nebenstrom der Holzverarbeitung höherwertig genutzt werden.

Im Gespräch mit der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) erläutert Steffen Sydow, Projektleiter und Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI, welche Eigenschaften Lignin für diese Anwendung interessant machen, welche technischen Herausforderungen noch zu lösen sind und was notwendig ist, damit aus dem Forschungsansatz künftig ein industriell einsetzbarer Werkstoff werden kann.

Herr Dr. Sydow, Lignin ist ein Hauptbestandteil des Holzes und fällt bei der industriellen Holzverarbeitung in großen Mengen an. Was macht diesen Rohstoff für die Entwicklung neuer Materialien so interessant?

Lignin ist ein natürlicher Bestandteil des Holzes und fällt bereits heute in großen Mengen als Nebenstrom der Zellstoffindustrie an, wird aber bislang überwiegend energetisch genutzt. Gleichzeitig ist es chemisch ein sehr interessanter Rohstoff, den wir modifizieren und zu neuen Werkstoffen verarbeiten können – die thermische Verwertung ist für sein Potential viel zu schade. 

Ein Ziel Ihres Projekts ist es, einen Schaum zu entwickeln, der möglichst vollständig auf Lignin basiert. Was ist daran neu und was sollten Menschen, die zum ersten Mal von dem Projekt hören, unbedingt darüber wissen?

Lignin wird bereits als Bestandteil von Kunststoffen und Schäumen untersucht, ersetzt dort aber häufig nur einen Teil der petrochemischen Rohstoffe. Unser Ansatz geht weiter: Wir wollen den Ligninanteil möglichst weit erhöhen und Lignin nicht nur als Füllstoff, sondern als wesentlichen werkstoffbildenden Bestandteil des Schaums einsetzen. Dabei wird der Schaum so aufgesetzt, dass wir möglichst viele Ligninquellen nutzen und verschiedene Lignine einsetzen können. 

Warum haben Sie ausgerechnet Stoßfänger als mögliche Anwendung in den Blick genommen? Welche Funktion übernimmt das Schaummaterial dort?

Der Stoßfänger ist eine interessante Demonstratoranwendung, weil hier geringes Gewicht und mechanische Leistungsfähigkeit zusammenkommen. Bei einem Aufprall wird er komprimiert und nimmt dabei Energie auf. Kommerzielle, petrochemische Schäume erfüllen diese Anforderungen. 

Welche Eigenschaften muss ein Ligninschaum mitbringen, um als Kernmaterial in einem Stoßfänger eingesetzt werden zu können? Geht es dabei vor allem um geringes Gewicht oder spielen noch weitere Eigenschaften eine wichtige Rolle?

Das Gewicht spielt natürlich eine Rolle, entscheidend ist aber, dass wir bei geringer Dichte trotzdem die notwendige mechanische Leistungsfähigkeit und Energieaufnahme erreichen. Hinzu kommen Anforderungen an Feuchte- und Temperaturbeständigkeit, Alterungsverhalten sowie für eine industrielle Anwendung an Reproduzierbarkeit, Verarbeitbarkeit und Wirtschaftlichkeit des Prozesses. 

Wie kann man sich die Herstellung eines Ligninschaums grundsätzlich vorstellen? Wie wird aus dem zunächst festen beziehungsweise pulverförmigen Rohstoff ein stabiler Schaum?

Lignin liegt zunächst als festes Pulver vor und lässt sich nicht einfach wie ein klassischer Thermoplast aufschmelzen und aufschäumen. Wir müssen das Lignin daher so modifizieren, dass es in einem flüssigen System eingesetzt werden kann. Nach der Modifikation ist die Formulierung ein wichtiger Schritt. Nach der Modifikation wird das Lignin mit Additiven vorgelegt und kann mit einer Härterkomponente eingesetzt werden. Bei der Reaktion entsteht ein Treibmittel, welches das Gemisch schließlich aufschäumt und den Ligninschaum erzeugt. Durch gezielte Formulierung kann dieser Prozess und die Aushärtung genau aufeinander abgestimmt werden.

Was sind die größten technischen Herausforderungen?

Lignin ist ein komplexer Naturstoff und kein exakt definiertes Molekül: Es ist relativ hochmolekular, stark verzweigt und besitzt nur begrenzt zugängliche reaktive Gruppen. Gleichzeitig müssen wir beim Schäumen Reaktion, Expansion und Stabilisierung so aufeinander abstimmen, dass wir einen möglichst hohen Ligninanteil erreichen, ohne die technischen Eigenschaften zu verschlechtern. Zusätzlich muss das ganze System so angepasst werden, dass es später mit industriellen Anlagen appliziert werden kann. 

Lignin ist nicht gleich Lignin: Seine Eigenschaften unterscheiden sich beispielsweise je nach Holzart und Herstellungsprozess. Welche Rolle spielen Herkunft, Qualität und chemische Zusammensetzung des eingesetzten Lignins für die Schaumbildung und die späteren Materialeigenschaften?

Eine sehr große Rolle, denn je nach Holzart und Aufschlussverfahren unterscheiden sich beispielsweise Molekülstruktur, Molekulargewicht, funktionelle Gruppen, Schwefelgehalt und Löslichkeit. Diese Unterschiede beeinflussen unmittelbar die Reaktivität und Schaumbildung, weshalb wir verschiedene Lignine charakterisieren und ihre Eignung für unseren Prozess untersuchen. So beeinflussen beispielsweise die Löslichkeit der Lignine die Verarbeitung der Ligninkomponente. Der Schwefelanteil ist maßgeblich dafür verantwortlich, ob das Bauteil später einen Eigengeruch aufweist. 

Welche Ergebnisse haben Sie im bisherigen Projektverlauf bereits erzielt? Gibt es Eigenschaften oder Versuchsergebnisse, die Sie besonders positiv überrascht haben?

Besonders wichtig war es für uns zunächst, dass wir aus ligninreichen Formulierungen tatsächlich stabile Schaumstrukturen herstellen können. Wir haben dabei unterschiedliche Prozessrouten und Lignintypen untersucht und können inzwischen deutlich besser einschätzen, welche Parameter die Schaumbildung und die späteren Eigenschaften bestimmen. Durch Modifikation des Lignins konnten wir bereits Formschäume herstellen, die sowohl die notwendigen Dichten als auch die passenden filigranen Konturen abbilden können – und das mit einer industrieangelehnten Schäumungsapparatur. 

Wie schneidet der Ligninschaum bislang im Vergleich zu konventionellen, meist fossil basierten Schaumstoffen ab? Wo liegen die Vorteile und wo besteht noch Entwicklungsbedarf?

Konventionelle Schäume haben natürlich einen großen Vorsprung: Sie werden seit Jahrzehnten optimiert und industriell in riesigen Mengen hergestellt. Unser Anspruch ist deshalb nicht, heute schon in jedem Kennwert besser zu sein. Unsere Ligninschäume haben beispielweise in den Bereichen Dichte und mechanischen Festigkeiten schon das benötigte Anforderungsprofil erreicht. Entwicklungsbedarf besteht insbesondere bei der Reproduzierbarkeit, der gezielten Einstellung der Zellstruktur und der weiteren Optimierung der mechanischen Eigenschaften. Genau daran arbeiten wir.

In der Automobilindustrie spielen Wiederverwertung und Kreislaufführung von Materialien eine zunehmend wichtige Rolle. Was passiert mit dem Ligninschaum am Ende seiner Nutzungsdauer? Gibt es Ansätze für Recycling oder eine anderweitige Verwertung?

Die Kreislauffähigkeit muss bei neuen Materialien von Anfang an mitgedacht werden. Ein biobasierter Werkstoff ist nicht automatisch kreislauffähig. Deshalb betrachten wir auch, welche Möglichkeiten es gibt, das Material nach der Nutzung weiterzuverwenden, mechanisch aufzubereiten oder anderweitig stofflich beziehungsweise am Ende energetisch zu verwerten. Ein vielversprechender Ansatz wäre z. B. der chemische Aufschluss des Schaumes, um erneut Grundbausteine zurückzugewinnen und diese wieder, zumindest anteilig, neuen Schäumen zuzuführen. 

Im Labor lassen sich neue Materialien zunächst nur in kleinen Mengen herstellen. Wie groß ist der Schritt von diesen Versuchen zu einem industriellen Produktionsverfahren?

Der Schritt ist erheblich. Im Labor können wir viele Parameter sehr genau kontrollieren und zunächst mit kleinen Materialmengen arbeiten. In einem industriellen Prozess müssen dagegen große Mengen reproduzierbar, schnell und wirtschaftlich herstellen werden können. Beim Scale-up ändern sich einige Parameter wie Mischprozesse oder das Schaumverhalten selbst. Deshalb reicht es nicht, einfach einen Laboransatz größer zu machen. Genau diese Überführung von Labor- zu Industrieprozess ist eine typische Aufgabe angewandter Forschung am Fraunhofer WKI. Für den Ligninschaum konnten wir das bereits im Technikumsmaßstab zeigen.

Welche weiteren Einsatzbereiche könnten Sie sich für Ligninschäume vorstellen?

Grundsätzlich können wir uns den Schaum überall dort vorstellen, wo leichte Schaumstrukturen benötigt werden und die Eigenschaften des Materials dazu passen. Denkbar sind beispielsweise Verpackungen, Sandwich- und Kernmaterialien, technische Formteile oder Anwendungen im Bau- und Möbelbereich.

(Interview: FNR)

Veranstaltungsrückblick: „Holz raffiniert: Lignin als Rohstoff für die industrielle Bioökonomie“

Welche Potenziale bietet Lignin als Rohstoff für neue biobasierte Produkte und industrielle Anwendungen? Die Online-Veranstaltung zeigte die aktuellen Forschungs- und Entwicklungsansätze rund um die stoffliche Nutzung von Lignin. Mit dabei war auch Steffen Sydow mit den Ergebnissen des Projekts „Ligninschaum“: 

Zum Rückblick: https://veranstaltungen.fnr.de/holzkanndas/rueckblick-vortraege/2026/rueckblick-zum-seminar-am-30092026 

Source

Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR), Pressemitteilung, 2026-10-05.

Supplier

Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR)
Fraunhofer-Institut für Holzforschung Wilhelm-Klauditz-Institut WKI

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