Biegsam und robust, leicht und stabil \u2013 das klingt nach einem idealen Werkstoff f\u00fcr den Bau und viele andere Industriezweige. Wie die naturgegebenen, guten Eigenschaften von Chitin daf\u00fcr genutzt werden k\u00f6nnen, untersucht ein Team der Universit\u00e4t Stuttgart.<\/p>\n
Am Anfang stand ganz allgemein die Suche nach biologischen, nachwachsenden und nachhaltigen Rohstoffen. Dabei r\u00fcckte recht schnell das nach Cellulose zweith\u00e4ufigste Biopolymer der Erde in den Fokus des Stuttgarter Teams: Chitin. \u201eDas extrem vielseitige Chitin ist zum Beispiel Bestandteil der nur schwer zu knackenden Hummerschalen. Auf der anderen Seite ist es als Strukturmolek\u00fcl an etwas so Zartem wie einem Insektenfl\u00fcgel oder an der weichen H\u00fclle von Mehlw\u00fcrmern beteiligt. Und auch bei Pilzen und Kieselalgen ist Chitin zu finden\u201c, sagt Prof. Dr. Sabine Laschat, Professorin f\u00fcr Organische Chemie an der Universit\u00e4t Stuttgart. Mit einem Forschungsteam aus sechs Instituten und den verschiedensten Disziplinen von den Naturwissenschaften \u00fcber die Werk- und Baustoffkunde bis hin zu nachhaltigen Bausystemen will sie mit Chitin die Basis f\u00fcr neuartige und nachhaltige Werkstoffe und Baumaterialien schaffen.<\/p>\n
Chitinfluid \u2013 Chitin als Ressource f\u00fcr multifunktionale Werkstoffe via wasserbasierter komplexer Fluide<\/p>\n
Das Vorhaben hat auch die Carl-Zeiss-Stiftung \u00fcberzeugt. Ab Januar 2021 wird sie es im Rahmen des Programms \u201ePerspektiven\u201c \u00fcber vier Jahre hinweg mit bis zu zwei Millionen Euro f\u00f6rdern. Eine der gr\u00f6\u00dften Herausforderungen lauert dabei gleich zu Beginn des Projekts: Die Forscher m\u00fcssen einen Weg finden, Chitin in L\u00f6sung zu bringen. Davon ausgehend soll es weiterverarbeitet werden. \u201eWir k\u00f6nnen Chitin nicht thermisch aufschmelzen, da das Polysaccharid dadurch zerst\u00f6rt w\u00fcrde. Zerkleinert ergibt Chitin zwar ein Granulat, aber dieses l\u00e4sst sich nicht wie gew\u00fcnscht modifizieren\u201c, erkl\u00e4rt Laschat. Das Material macht es den Forschenden wirklich nicht leicht: \u201eWir haben es hier mit Polymerketten zu tun, die \u00fcber extrem feste Wasserstoffbr\u00fccken miteinander verbunden sind. Zudem bildet es eine \u00dcberstruktur aus Fibrillen und Helices.\u201c Wie diese mehrfache Ordnung aufgebrochen beziehungsweise hergestellt werden kann, ist das Chitin-Geheimnis, das die Gruppe l\u00fcften will.<\/p>\n
Daf\u00fcr geht das Team zun\u00e4chst einen Schritt zur\u00fcck in die Grundlagenforschung und schaut sich an, wie die Natur das macht. Ein geeigneter Modell-Organismus daf\u00fcr sind Diatomeen, auch Kieselalgen genannt. Sie produzieren Chitin-F\u00e4den, \u00fcber die sie miteinander verbunden sind. \u201eKieselalgen sind relativ einfach in Meerwasser zu halten und dienen uns als Untersuchungsobjekt. Strukturelle Informationen \u2013 von kleiner einem Nanometer bis in den Submillimeter-Bereich \u2013 wollen wir unter anderem mit der Hochleistungs-Elektronenmikroskopie und einem aus Projektmitteln zu beschaffenden extrem leistungsf\u00e4higen R\u00f6ntgenstreusystem erhalten. Mit chemischen Experimenten wollen wir verstehen, wie die Biosynthese des Chitins funktioniert und beeinflusst werden kann\u201c, so Laschat. Nat\u00fcrlich haben sie und ihre Kollegen schon eine ganze Reihe Anhaltspunkte zusammengetragen. Die Forschung der n\u00e4chsten Jahre wird zeigen, ob sie damit richtig liegen. Eine wichtige Spur, die verfolgt wird, ist der Einsatz ionischer L\u00f6sungsmittel und die \u00dcberf\u00fchrung des gel\u00f6sten Chitins in Hydrogele.<\/p>\n
Dank Chitin: Leichtbeton der nachhaltigen Art
\nChitin-haltige Hydrogele sind eine sehr spannende Form wasserbasierter, komplexer Fluide, denn sie k\u00f6nnten zu Werkstoffen mit ganz unterschiedlichen, steuerbaren Eigenschaften verarbeitet werden. Und genau das macht sie f\u00fcr den Bausektor so interessant. Das Forscherteam will sie unter anderem mit Beton kombinieren. Angedacht sind sowohl Schicht- als auch Porensysteme, bei denen zum Beispiel Betonporen mit Chitin-basierten Sch\u00e4umen verf\u00fcllt werden. \u201eIn herk\u00f6mmlichen Verbundbaustoffen wird Beton h\u00e4ufig mit polymeren Sch\u00e4umen kombiniert. Diese k\u00f6nnen jedoch nur schwer recycelt werden und belasten die Umwelt. Unsere biobasierten Fluide und daraus hergestellte Sch\u00e4ume sollen die gleichen Werkstoffvorteile bieten, sich aber einfach durch nat\u00fcrliche mikrobielle Enzyme abbauen lassen\u201c, sagt Laschat. Im Rahmen des Projekts will das Team Prototypen solcher spezieller Verb\u00fcnde aus Chitin-Schaum und Beton oder auch monolithische mineralisierte Sch\u00e4ume auf Basis von mineralischen Bindemitteln und Chitin vom Kilo- bis zum Tonnenma\u00dfstab herstellen und testen. M\u00f6gliche Einsatzzwecke sind zum Beispiel die W\u00e4rme- und Schalld\u00e4mmung. Auch an anderer Stelle k\u00f6nnten Chitin-basierte Materialien ihre St\u00e4rken ausspielen. Da sie nicht nur leicht und robust, sondern auch hydrophob, also wasserabweisend sind, k\u00f6nnten sie in der \u00e4u\u00dferen H\u00fclle von Geb\u00e4uden und auch von Fahrzeugen zum Einsatz kommen. Auch die Entwicklung von photonischen Chitin-Materialien als Ersatz von Effektpigmenten h\u00e4lt das Team f\u00fcr machbar.<\/p>\n
Da Herstellung, Verwendung und Entsorgung herk\u00f6mmlicher Verbundbaustoffe durch ihre Umweltproblematik immer aufwendiger und dadurch teurer werden, werden nachhaltige L\u00f6sungen im Gegenzug immer wirtschaftlicher. Den bio\u00f6konomischen Nutzen der Chitin-basierten Neuentwicklungen genauer zu untersuchen, steht mittelfristig durchaus auf der Agenda der Stuttgarter Gruppe. \u201eSelbst wenn wir mit Chitin-basierten Materialien nur minimale Ver\u00e4nderungen hin zu mehr Nachhaltigkeit im Bausektor erreichen, kann das insgesamt einen gro\u00dfen Effekt ausmachen\u201c, ist Laschat \u00fcberzeugt. Schlie\u00dflich sei der Bausektor f\u00fcr 40 Prozent des globalen Energieverbrauchs, f\u00fcr 35 Prozent des CO2- und 45 Prozent des globalen Ressourcenverbrauchs verantwortlich, so die Wissenschaftlerin.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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