{"id":140177,"date":"2024-03-06T07:14:00","date_gmt":"2024-03-06T06:14:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=140177"},"modified":"2024-03-04T13:19:25","modified_gmt":"2024-03-04T12:19:25","slug":"mit-einer-neuen-high-tech-maschine-wollen-hsbi-forschende-grune-kunststoffe-entwickeln","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/mit-einer-neuen-high-tech-maschine-wollen-hsbi-forschende-grune-kunststoffe-entwickeln\/","title":{"rendered":"Mit einer neuen High-tech-Maschine wollen HSBI-Forschende \u201egr\u00fcne\u201c Kunststoffe entwickeln"},"content":{"rendered":"\n\n\n

Wer Kunststoffe umweltfreundlicher herstellen und ihre Recyclingf\u00e4higkeit verbessern will, muss neue Zutaten ausprobieren und die Bestandteile des \u201ePlastiks\u201c immer wieder trennen und neu mischen. Hierbei hilft an der Hochschule Bielefeld neuerdings eine neue High-tech-Maschine namens Doppelschneckenextruder. Mit ihm wollen die Forschenden unter anderem Farbstoffe auf Algenbasis ausprobieren und hartn\u00e4ckige Kunststoffverbindungen aufdr\u00f6seln, um die Grundstoffe wiederverwerten zu k\u00f6nnen.<\/strong><\/p>\n\n\n

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\"Johannes
Die richtige Temperatur f\u00fcr ein bestimmtes Material zum richtigen Zeitpunkt: bei der Arbeit von Johannes Brikmann geht es oft um Details. \u00a9 P. Pollmeier\/HSBI<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Bielefeld (hsbi). Wenn Johannes Brikmann nicht in der Experimentierhalle der HSBI stehen w\u00fcrde, k\u00f6nnte man auf die Idee kommen, er arbeite in der Gro\u00dfk\u00fcche der benachbarten Cafeteria: \u201eWir k\u00f6nnen mit der Anlage zerkleinern, zerteilen, mischen und portionieren\u201c, berichtet der 37-j\u00e4hrige\u00a0Ingenieur\u00a0<\/a>\u00fcber seinen Arbeitsplatz. Auch wenn es dabei oft um Rezepturen oder Zutaten geht, besch\u00e4ftigen sich Brikmann und die\u00a0AG Bielefelder Kunststofftechnik<\/a>\u00a0nicht mit der Zubereitung von Speisen, sondern mit den Kunststoffen der Zukunft. Ihr Arbeitsplatz befindet sich in der gro\u00dfen Experimentierhalle im Untergeschoss des HSBI-Hauptgeb\u00e4udes unter einer Plattform auf stabilen Stahltr\u00e4gern und h\u00f6rt auf den etwas putzigen Namen Doppelschneckenextruder.<\/p>\n\n\n\n

Ziel der aufw\u00e4ndigen Anlage ist die realistische Nachbildung industrieller Prozesse<\/h3>\n\n\n
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\"Die
Fachsprachlich wird der Extruder auch \u201eCompounder\u201c genannt. Mit der Anlage k\u00f6nnen in der Experimentierhalle industrielle Prozesse realistisch simuliert werden. \u00a9 P. Pollmeier\/HSBI<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Rund f\u00fcnf Meter lang und drei Meter in der Breite messen die verschiedenen Komponenten des Extruders, mit dem das Team um Johannes Brikmann und sein\u00a0Laborleiter<\/a>, Professor Dr. Bruno H\u00fcsgen, Prozesse der Kunststoffproduktion realistisch nachbilden kann. \u201eMit dem Extruder k\u00f6nnen wir sowohl neue Materialien entwickeln als auch vorhandene gezielt ver\u00e4ndern, indem wir beispielsweise neue Stoffe zumischen oder andere abbauen\u201c, erkl\u00e4rt H\u00fcsgen die Haupteinsatzgebiete der fachsprachlich auch Compounder genannten Anlage. Er steht vor einem der Tr\u00e4ger der Plattform in der Halle und deutet auf mehrere niedrige Rollwagen, auf denen Pumpen und Trichter montiert sind. Von hier f\u00fchren Schl\u00e4uche in ein kastenf\u00f6rmiges, langgestrecktes Geh\u00e4use, an dessen Ende ein stattlicher Elektromotor montiert ist. Unter dieser H\u00fclle findet sich das namensgebende Element der Anlage: zwei \u2013 \u201eSchnecken\u201c genannte \u2013 spiralf\u00f6rmige Drehst\u00e4be, die in einem mit Heizb\u00e4ndern ummantelten Zylinder rotieren.<\/p>\n\n\n\n

Vom Granulat zum Extrudat: das Extrusionsverfahren<\/h3>\n\n\n\n

In diesen Zylinder wird zu Beginn des Extrusionsverfahrens \u00fcber einen Trichter oberhalb der Anlage Kunststoffgranulat eingef\u00fcllt, das die Grundlage jedes Kunststoffprodukts bildet. Durch die Rotation der Schnecken werden die Granulatk\u00f6rnchen entlang des Zylinders zu einer D\u00fcse am Ende der Anlage transportiert. Dabei entsteht Reibung. Gleichzeitig werden Heizb\u00e4nder zugeschaltet, und so wirken bis zu 450\u030a C Hitze auf das eingef\u00fcllte Material. Unter dem Einfluss der beiden Faktoren k\u00f6nnen die Granulate in alle denkbaren Aggregatzust\u00e4nde versetzt werden. H\u00e4ufig werden sie aufgeschmolzen. Andere Ausgangsstoffe behalten ihre Konsistenz, werden neu gemischt oder durch Zus\u00e4tze mit individuellen Eigenschaften ausgestattet. Am Ende des Vorgangs wird die nun \u201eExtrudat\u201c genannte Masse wie beim Formen von Spritzgeb\u00e4ck durch eine D\u00fcse gedr\u00fcckt werden und erh\u00e4lt so ihre endg\u00fcltige Form.<\/p>\n\n\n

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\"Bild
Reibung, W\u00e4rme und Zus\u00e4tze machen im Extrusionsverfahren aus dem eingegebenen Granulat Kunststoff. \u00a9 P. Pollmeier\/HSBI<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Zusatzstoffe geben dem Kunststoff Form und Farbe<\/h3>\n\n\n\n

Doch zuvor kommen die Rollwagen mit ihren Pumpbeh\u00e4ltern ins Spiel: Mit ihrer Hilfe k\u00f6nnen dem Kunststoff w\u00e4hrend des Vorgangs bestimmte Zus\u00e4tze beigemischt werden. Durch diese \u201eAdditive\u201c erh\u00e4lt der Kunststoff individuelle Eigenschaften. Sie garantieren bspw., dass das Endprodukt sich auch unter Beanspruchung nicht verformt, seine Farbe verliert oder feuerfest ist. \u201eDas Besondere bei diesem Compounder ist, dass wir nicht nur alle industriell verwendeten Additive zumischen k\u00f6nnen, sondern auch neue Additive auf Pflanzenbasis ausprobieren k\u00f6nnen, die eine schonende Temperaturf\u00fchrung ben\u00f6tigen\u201c, weist Bruno H\u00fcsgen auf ein weiteres Charakteristikum des Extruders hin \u2013 er kann f\u00fcr die Entwicklung nachhaltiger Kunststoffe eingesetzt werden.<\/p>\n\n\n\n

Biopolymere und Recycling \u2013 wie k\u00f6nnen Kunststoffe nachhaltig werden?<\/h3>\n\n\n
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\"Vor
Nutzen die Synergien einer Forschungskooperation: Johannes Brikmann und sein Prof. Bruno H\u00fcsgen von der AG Kunststoffe (l.) mit Tessa Str\u00fcmpfler (m.) und Dr. Thomas Zimmermann (r.) von der AG Patel. \u00a9 P. Pollmeier\/HSBI<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Ein aktuelles Beispiel f\u00fcr die Forschung der Arbeitsgruppe an nachhaltigen Kunststoffen ist ein neues Blend aus den beiden nat\u00fcrlich vorkommenden Rohstoffen Polylactid (Kurz PLA) und Polyhydroxybutters\u00e4ure (PHB). Ihren Einsatz k\u00f6nnte die Verbindung aus Sicht Brikmanns zuk\u00fcnftig in nachhaltigen Verpackungen finden, die sich unter den richtigen Bedingungen vollst\u00e4ndig biologisch abbauen lie\u00dfen. Bei der Entwicklung des neuen Materialmix machte sich das Team ausgerechnet die Schwachpunkte der beiden Polymere zu eigen: \u201ePHB ist sehr spr\u00f6de, w\u00e4hrend PLA nur eine niedrigere Temperaturbest\u00e4ndigkeit aufweist. Durch die Mischung heben sich die Nachteile beider Sorten auf. In kombinierter Form werden die Nachteile zu positiven Eigenschaften eines neuen Rohstoffs, der ohne den Einsatz von Erd\u00f6l auskommt\u201c, illustriert Brikmann, der gerade an seiner Promotion sitzt, den Entwicklungsprozess. Auch in technischen Bauteilen mit kurzer Halbwertzeit oder als Verpackung von Medizinprodukten mit meist kurzer Lebensdauer k\u00f6nnte der gleicherma\u00dfen z\u00e4he wie hitzebest\u00e4ndige Polymer Anwendung finden.<\/p>\n\n\n\n

Versuche zum Recycling bisher kaum recycelbarer Kunststoffe<\/h3>\n\n\n\n

Ein weiterer Ansatz des Teams um H\u00fcsgen und Brikmann ist die Verl\u00e4ngerung von Kunststoff-Lebenszyklen durch Recycling. Daf\u00fcr haben sie sich mit der Gruppe der Elastomere einen bisher eher \u201eschwierigen Kandidaten\u201c ausgesucht. Dieser Grundstoff f\u00fcr Reifen, Dichtungen und Gummib\u00e4nder hat durch lange Molek\u00fclketten den Vorteil, \u00e4u\u00dferst dehnbar und elastisch zu sein. Kommt ein mit Elastomeren hergestelltes Kunststoffprodukt an sein Lebensende wird aber genau die vernetzte, lange Molek\u00fclstruktur zum Problem. Denn die Ketten eines Elastomers lassen sich nicht durch den \u00fcblichen Recyclingvorgang aus Zerkleinern, Aufschmelzen und Aush\u00e4rten wiederherstellen. Genau deshalb bleibt f\u00fcr Elastomerprodukte am Ende ihrer Nutzung bisher vor allem das Downcycling: Aus einem abgefahrenen Autoreifen wird so beispielsweise bestenfalls noch ein Bodenbelag oder die F\u00fcllung f\u00fcr Kunstrasenpl\u00e4tze. Meistens werden solche Abfallprodukte jedoch nur thermisch verwertet, sprich: Sie wandern in die M\u00fcllverbrennungsanlage oder als Brennstoff in ein Zementwerk. <\/p>\n\n\n\n

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F\u00fcr Bruno H\u00fcsgen und sein Team ein nicht hinnehmbarer Zustand: \u201eWir wollen die auf das Material im Compounder einwirkenden Scherkr\u00e4fte nutzen, um die Schwefelbindungen im Elastomer zu trennen,\u201c erl\u00e4utert H\u00fcsgen die derzeit laufenden Versuche. \u201eWenn uns das gelingt, w\u00e4re ein werkstoffliches Recycling m\u00f6glich und damit eine erneute Nutzung des Materials.\u201c<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n

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\"Doppelportr\u00e4bild
Kunststoffe kreislauff\u00e4hig zu machen, ist eines der Forschungsthemen der AG um Prof. Bruno H\u00fcsgen (links) und Johannes Brikmann. \u00a9 P. Pollmeier\/HSBI<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

F\u00fcr echte Nachhaltigkeit m\u00fcssen alle Komponenten betrachtet werden<\/h3>\n\n\n\n

Um wirklich nachhaltig zu wirken, muss ein solcher Kreislauf aber nicht nur den Hauptwerkstoff in den Blick nehmen. Auch alle anderen Komponenten eines Endprodukts m\u00fcssen dann ohne den Einsatz neuen Kunststoffs auf Erd\u00f6lbasis auskommen. Dazu z\u00e4hlt bspw. auch das Einf\u00e4rben der entstehenden Kunststoffe. Denn auch Farben und Lacke basieren vielfach auf Erd\u00f6lprodukten. Das ist der Einsatz f\u00fcr Tessa Str\u00fcmpfler und Dr. Thomas Zimmermann. Die beiden geh\u00f6ren zum Team der AG von Prof. Dr. Anant Patel, Verfahrenstechniker und HSBI-Vizepr\u00e4sident f\u00fcr Forschung und Entwicklung, und besch\u00e4ftigen sich eigentlich mit der Erforschung neuer Pflanzenschutzmittel. H\u00e4ufig dreht sich ihre Arbeit um die unterschiedlichen Eigenschaften von Algen. Heute interessieren sie sich aber vor allem f\u00fcr die Technik des Doppelschneckenextruders, weil er der Gruppe bei ihren aktuellen Forschungsvorhaben ebenfalls gute Dienste erweisen k\u00f6nnte. In ihrer Forschung an Blaualgen m\u00f6chte die AG ein Verfahren entwickeln, mit dem sie aus Algen einen nat\u00fcrlichen Farbstoff extrahieren kann. Weil dieser der fehlende Baustein f\u00fcr das Schlie\u00dfen eines nachhaltigen Kunststoffkreislaufs sein k\u00f6nnte, hat sich zwischen den beiden Arbeitsgruppen eine innovative Zusammenarbeit entwickelt: Die AG Patel<\/a> stellt ihr Wissen rund um pflanzliche Farbstoffe bereit, w\u00e4hrend die AG H\u00fcsgen ihr Know-how \u00fcber die Verfahrenstechnik des Extruders f\u00fcr die Versuche der Biotechnologiegruppe einbringt.<\/p>\n\n\n\n

Die Arbeit mit dem Extruder f\u00f6rdert ungeahnte Synergien<\/h3>\n\n\n
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\"Doppelportr\u00e4t
Erhoffen sich durch die Arbeit mit dem Extruder g\u00fcnstigere Herstellungsverfahren f\u00fcr ihre Wirkstoffe: Tessa Str\u00fcmpfler und Dr. Thomas Zimmermann von der AG Patel. \u00a9 P. Pollmeier\/HSBI<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n
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\u201eNur den Kunststoff zu ersetzen und weiterhin Farben aus der Petrochemie zu nutzen, ist keine vollst\u00e4ndig gr\u00fcne L\u00f6sung. Daf\u00fcr braucht es auch auf Seite der Zus\u00e4tze biobasierte Innovationen\u201c, erkl\u00e4rt Thomas Zimmermann, wie der Stein f\u00fcr die Zusammenarbeit der beiden Forschungsgruppen ins Rollen kam. \u201eUmgekehrt erm\u00f6glicht der Extruder unserer AG, bisher getrennte Verfahren bei der Formulierung unserer Wirkstoffe in einem einzigen Prozess zusammenzuf\u00fchren\u201c, beschreibt Tessa Str\u00fcmpfler ihr Ziel der Kooperation. <\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Mit der \u201eFormulierung\u201c meint die Biotechnologin die Form, in der ein Wirkstoff an seinen Einsatzort kommt. In ihrem Forschungsfeld arbeiten Str\u00fcmpfler und Zimmermann aktuell oft mit Kapseln, die in einem zweistufigen Verfahren zuerst formuliert und anschlie\u00dfend beschichtet werden. Dies ist oft kostenintensiv. Aufgrund seiner h\u00f6heren Produktivit\u00e4t und Skalierbarkeit k\u00f6nnte der Extruder schon die Formulierung erheblich g\u00fcnstiger machen. Im besten Fall k\u00f6nnte die abschlie\u00dfende Beschichtung zuk\u00fcnftig \u00fcberfl\u00fcssig werden.<\/p>\n\n\n\n

Bisher getrennte Schritte k\u00f6nnten durch den Extruder kombiniert werden<\/h3>\n\n\n\n
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\u201eWir arbeiten zwar mit unterschiedlichen Zutaten und Anforderungen, aber wir brauchen beide einen ziemlich teuren Herd, um unsere Produkte in einen industriellen Prozess zu \u00fcberf\u00fchren\u201c, findet Johannes Brikmann zum Abschluss selbst eine K\u00fcchenmetapher f\u00fcr die Kooperation der beiden Forschungsgruppen. <\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Zuk\u00fcnftig soll die Arbeit mit dem Extruder auch f\u00fcr weitere Fragen beider AGs oder f\u00fcr thematisch \u00e4hnliche Projekte wie\u00a0InCamS@BI<\/a>\u00a0neue L\u00f6sungen er\u00f6ffnen. Als die Gruppe die Experimentierhalle verl\u00e4sst, dreht sich Brikmann wie zum Abschied noch einmal zum Extruder um: \u201eAm Ende braucht es einen kreativen Koch, der mit der richtigen Technik und einem guten Rezept ein Produkt schafft, das \u00fcberzeugt\u201c, verr\u00e4t er augenzwinkernd. Ganz wie nebenan in der Cafeteriak\u00fcche also.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Wer Kunststoffe umweltfreundlicher herstellen und ihre Recyclingf\u00e4higkeit verbessern will, muss neue Zutaten ausprobieren und die Bestandteile des \u201ePlastiks\u201c immer wieder trennen und neu mischen. Hierbei hilft an der Hochschule Bielefeld neuerdings eine neue High-tech-Maschine namens Doppelschneckenextruder. Mit ihm wollen die Forschenden unter anderem Farbstoffe auf Algenbasis ausprobieren und hartn\u00e4ckige Kunststoffverbindungen aufdr\u00f6seln, um die Grundstoffe wiederverwerten […]<\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":140187,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"none","nova_meta_subtitle":"Mit einem Doppelschneckenextruder wollen HSBI-Forscher unter anderem mit PLA, PHB und pflanzlichen Farbstoffen neue \u201egr\u00fcne\u201c Kunststoffe entwickeln","footnotes":""},"categories":[17143],"tags":[23738,11841,22484,13341],"supplier":[23742,23743,23739],"class_list":["post-140177","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-recycling","tag-grunekunststoffe","tag-kreislaufwirtschaft","tag-kunststoffrecycling","tag-plastik","supplier-ag-bielefelder-kunststofftechnik","supplier-ag-patel","supplier-hochschule-bielefeld-hsbi"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/140177","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=140177"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/140177\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media\/140187"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=140177"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=140177"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=140177"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=140177"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}