{"id":168962,"date":"2025-10-15T07:35:00","date_gmt":"2025-10-15T05:35:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=168962"},"modified":"2025-10-09T16:02:04","modified_gmt":"2025-10-09T14:02:04","slug":"biobasierte-und-biohybride-materialien","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/biobasierte-und-biohybride-materialien\/","title":{"rendered":"Biobasierte und biohybride Materialien"},"content":{"rendered":"\n\n
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\"Monofilamente,<\/a>
Monofilamente, Sch\u00e4ume und Kunststoffgl\u00e4ser aus Caramid. \u00a9 Fraunhofer IGB<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Wie lassen sich neue biobasierte und biohybride Materialien mit verbesserter Funktionalit\u00e4t schneller entwickeln? Dieser Frage gehen im Leitprojekt SUBI\u00b2MA<\/a> sechs Fraunhofer-Institute gemeinsam nach. Ein von Fraunhofer-Forschenden entwickeltes neuartiges und biobasiertes Polyamid dient dabei als Modell. Seine besonderen Eigenschaften machen es zu einer vielversprechenden Alternative f\u00fcr fossile Kunststoffe.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Die Kunststoffindustrie ist im Wandel: Erd\u00f6lbasierte Materialien sollen zunehmend durch nachhaltige Alternativen ersetzt werden. Doch Nachhaltigkeit allein reicht nicht \u2013 biobasierte Kunststoffe m\u00fcssen mehr k\u00f6nnen. Im Leitprojekt SUBI\u00b2MA arbeiten Fraunhofer-Institute daran, schneller neue Materialien zu entwickeln, die nicht nur umweltfreundlich, sondern auch funktional \u00fcberlegen sind. Sie konzentrieren sich dabei auf drei Hauptziele: die Weiterentwicklung neuer biobasierter Materialien, neue biohybride Materialien und die digitale Fast-Track-Entwicklung.<\/p>\n\n\n\n

Biologische Bausteine mit Funktionsvorteil<\/h3>\n\n\n\n

Im Zentrum des Bereichs biobasierte Materialien steht Caramid, ein neues, vollst\u00e4ndig biobasiertes Hochleistungspolyamid. Polyamide sind thermoplastische High-Performance-Kunststoffe \u2013 und Caramid hebt diese Klasse auf ein neues Niveau. Es basiert auf 3-Caren, einem Terpen, das in der Zelluloseproduktion in gro\u00dfen Mengen als Nebenprodukt anf\u00e4llt. Terpene sind nat\u00fcrliche organischen Verbindungen, die in vielen Pflanzenteilen wie Bl\u00e4ttern, Bl\u00fcten und Wurzeln vorkommen und Hauptbestandteil von Harzen und \u00e4therischen \u00d6len sind.<\/p>\n\n\n\n

Forschende am Institutsteil Straubing des Fraunhofer-Instituts f\u00fcr Grenzfl\u00e4chen- und Bioverfahrenstechnik IGB hatten bereits vor etwa zehn Jahren aus 3-Caren die Monomere 3S- und 3R-Caranlactam sowie die wiederum daraus hergestellten Caramide entwickelt. <\/p>\n\n\n\n

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\u00bbIm Projekt SUBI2<\/sup>MA hat uns jetzt vor allem die gemeinsame Expertise von sechs Instituten erm\u00f6glicht, auf neue Weise zu denken, die Caranlactame zu skalieren und die Caramide zu optimieren und noch zielgerichteter f\u00fcr bestimmte Anwendungen zu entwickeln\u00ab, so Dr. Paul Stockmann vom Fraunhofer IGB<\/strong>.<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Caramide haben aufgrund ihrer besonderen chemischen Struktur au\u00dfergew\u00f6hnliche thermische Eigenschaften, die sie f\u00fcr zahlreiche Anwendungsgebiete interessant machen: von Zahnr\u00e4dern im Maschinenbau \u00fcber Sicherheitsglas, Leichtbaupanele, Sch\u00e4ume und Schutztextilien bis hin zu chirurgischem Nahtmaterial. Monofilamente, Sch\u00e4ume und Kunststoffgl\u00e4ser konnten bereits aus dem neuen Polyamid gefertigt werden, das neben seiner Hochtemperaturstabilit\u00e4t eine hohe Wandelbarkeit aufweist: <\/p>\n\n\n\n

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\u00bbIm Laufe des Projekts stellte sich heraus, dass die beiden Caranlactam-Monomere zu unterschiedlichen Caramiden f\u00fchren, die sich deutlich in ihren Eigenschaften unterscheiden\u00ab, erkl\u00e4rt der Forscher.<\/strong> \u00bbSo eignet sich Caramid-S aufgrund seiner Teilkristallinit\u00e4t f\u00fcr Fasern und Caramid-R aufgrund seiner sogenannten Amorphizit\u00e4t, also unregelm\u00e4\u00dfigen Struktur, f\u00fcr Sch\u00e4ume.\u00ab<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Eine weitere Eigenschaft ist die sogenannte Chiralit\u00e4t, eine r\u00e4umliche Besonderheit von Molek\u00fclen, bei der zwei Strukturvarianten existieren, die spiegelbildlich, aber nicht deckungsgleich sind. Diese kann die physikalischen, chemischen oder biologischen Funktionen eines Materials beeinflussen. Dadurch k\u00f6nnen bei Caramid die Materialeigenschaften feiner gesteuert werden, etwa f\u00fcr spezielle Anwendungen in der Medizintechnik oder Sensorik. <\/p>\n\n\n\n

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\u00bbIndem wir biobasierte Bausteine in Hochleistungspolymere integrieren, kommt ein Funktionsvorteil zustande. Caramide sind demnach nicht nur biobasiert, sondern zeigen sogar eine bessere Performance als fossilbasierte Materialien\u00ab, res\u00fcmiert Stockmann<\/strong>.<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Biohybride Materialien<\/h3>\n\n\n\n

Das zweite Ziel umfasst die Entwicklung neuer biohybrider Materialien. Die Integration funktionaler Biomolek\u00fcle verleiht hierbei altbekannten Materialien neue Funktionen. Die Anwendungsbereiche sind vielf\u00e4ltig und reichen von biobasierten Flammschutzmitteln f\u00fcr Werkstoffe bis hin zu Additiven bzw. Enzymen, die den Abbau von erd\u00f6lbasiertem PET beschleunigen. Faserverbundwerkstoffe, in denen Biomaterialien eingebunden werden, und Diagnostiktools wie neuartige Biosensoren sind weitere Einsatzfelder.<\/p>\n\n\n\n

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\u00bbEine wichtige Funktion, die durch die Integration spezieller Proteine erm\u00f6glicht wird, ist die Hydrophobierung von Materialien, also die gezielte Ver\u00e4nderung einer Materialoberfl\u00e4che, sodass sie Wasser abweist\u00ab, erkl\u00e4rt Ruben Rosencrantz, Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut f\u00fcr Angewandte Polymerforschung IAP<\/strong>. <\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Solche wasserabweisenden Materialien finden zum Beispiel in Arbeitsschutz- und Outdoor-Textilien oder medizinischen Anwendungen Verwendung und k\u00f6nnten langfristig umweltsch\u00e4dliche Stoffe wie PFAS ersetzen.<\/p>\n\n\n\n

Digitalisierung als Turbo f\u00fcr die Materialentwicklung<\/h3>\n\n\n\n

Aus eigener Erfahrung wissen die Forschenden: Noch dauern die Materialentwicklung und -substitution lange, und oft ist v\u00f6llig ungewiss, f\u00fcr welche spezifischen Anwendungsgebiete sich das Material am besten eignet. Das wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit dem dritten Ziel, der Fast-Track-Entwicklung, \u00e4ndern. <\/p>\n\n\n\n

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Dazu digitalisieren sie die Materialentwicklung:\u00a0\u00bbWir schaffen simulationsgest\u00fctzt eine umfassende, strukturierte und digitalisierte Datenbasis im Labor\u00ab, so Frank Huberth vom Fraunhofer-Institut f\u00fcr Werkstoffmechanik IWM<\/strong>. \u00bbIn dieser digitalen Wertsch\u00f6pfungskette lassen sich durch die Verkn\u00fcpfung mit datenbasierten Methoden und Simulationen Eigenschaftsprofile und Nachhaltigkeit zuk\u00fcnftig fr\u00fcher absch\u00e4tzen und damit Entwicklungszeiten f\u00fcr Materialien und Produkte deutlich beschleunigen.\u00ab <\/p>\n\n\n\n

Konrad Steiner vom Fraunhofer-Institut f\u00fcr Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM<\/strong> erg\u00e4nzt: \u00bbMithilfe digitaler Demonstratoren, etwa f\u00fcr Schutztextilien und Reifen, k\u00f6nnen wir Entwicklungsschritte einsparen und Einfl\u00fcsse sowie Performance der neuen Caramidfasern fr\u00fchzeitig bewerten, ohne aufwendig ein Textil oder einen kompletten Reifen produzieren und testen zu m\u00fcssen.\u00ab<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Ausblick: Vom Labor in die Anwendung<\/h3>\n\n\n\n

Ein wichtiger Treiber bei der Konzeption war die gute interdisziplin\u00e4re Zusammenarbeit der sechs Institute Fraunhofer IGB, IAP, IWM, ITWM, LBF und ICT und eines externen Unterauftragnehmers im Projekt. So konnte etwa eine gro\u00dfe H\u00fcrde, die Skalierung der Syntheseprozesse, gemeinsam genommen werden. Die beiden Monomere lassen sich mittlerweile im Kilogramm-Ma\u00dfstab herstellen. Eine finanzielle Aufstockung im Leitprojekt erm\u00f6glicht es nun, zus\u00e4tzliche, industrietaugliche Demonstratoren teilweise direkt in Kooperation mit der Industrie zu erproben. Dabei sollen die Monomere demn\u00e4chst einem assoziierten Industriepartner zur Verf\u00fcgung gestellt werden, der das Ausgangsmaterial auf seinen Anlagen f\u00fcr eine konkreten Anwendung verarbeitet. <\/p>\n\n\n\n

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\u00bbDies ist ein entscheidender Schritt, um die Weiterentwicklung der Caramide zur Marktreife voranzubringen\u00ab, so Stockmann<\/strong> abschie\u00dfend. \u00bbDas Projekt zeigt, wie moderne Materialentwicklung funktionieren kann: biobasiert aus Nebenprodukten, digital und interdisziplin\u00e4r.\u00ab<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

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