{"id":88110,"date":"2021-05-12T07:26:37","date_gmt":"2021-05-12T05:26:37","guid":{"rendered":"https:\/\/news.bio-based.eu\/?p=88110"},"modified":"2021-06-18T19:30:56","modified_gmt":"2021-06-18T17:30:56","slug":"nachhaltiger-3d-druck-enzyme-machens-moeglich","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/nachhaltiger-3d-druck-enzyme-machens-moeglich\/","title":{"rendered":"Nachhaltiger 3D-Druck \u2013 Enzyme machen\u2019s m\u00f6glich"},"content":{"rendered":"

Seit Jahren sind Kunststoffe DAS Material der Wahl, wenn es um personalisierte Einmalprodukte aus der additiven Fertigung, bekannt als 3D-Druck, geht. Der zunehmende Druck seitens des Gesetzgebers (Stichwort Verbot von Einmalartikeln aus Kunststoff durch die EU) als auch von Seiten der Verbraucher, die immer st\u00e4rker nachhaltige und \u00bbgr\u00fcne\u00ab L\u00f6sungen fordern, stellt gerade viele mittelst\u00e4ndische Unternehmen vor gro\u00dfe Herausforderungen. Manche \u00fcberlegen, auf \u00bbBioplastik\u00ab umzuschwenken \u2013 aber ist das wirklich DIE L\u00f6sung mit Zukunft?<\/strong><\/p>\n

Die gute Nachricht vorneweg: Die Forschung im Bereich biobasierter Materialen f\u00fcr die additive Fertigung<\/a> hat in den vergangenen Jahren rasant an Fahrt aufgenommen. Einige dieser Materialien haben es sogar in die heimische Anwendung geschafft, allen voran PLA (Polymilchs\u00e4ure). Und sie scheinen auch auf den ersten Blick eine \u00bbgr\u00fcne Alternative\u00ab zu sein. Das Problem dabei ist, dass sie in normalen Entsorgungsbetrieben gar nicht komplett biologisch abgebaut werden und als R\u00fcckst\u00e4nde Umwelt und Boden verschmutzen. Hinzu kommt, dass ihre Herstellung sehr ressourcenintensiv ist, sodass man am Ende kaum etwas f\u00fcr die Umwelt getan hat.<\/p>\n

Chitin und Lignin ersetzen Kunststoffe<\/h3>\n

Was braucht es also, um mit guten und \u00bbgr\u00fcnem\u00ab Gewissen additiv zu fertigen? Einfach das Plastik durch \u00bbBioplastik\u00ab zu ersetzen, bringt langfristig also nicht viel. Aber die Idee, sich bei biologischen Substanzen und Rohstoffen umzuschauen, ist gar nicht so schlecht \u2013 man muss sie nur etwas weiter fassen. Denn in der Natur gibt es bereits viele Materialien, die alles mitbringen, was ein Material braucht, um die \u00bbalten\u00ab Kunststoffe zu ersetzen: sie sind gleichzeitig sehr leicht und belastbar und haben z. T. weitere, n\u00fctzliche Eigenschaften wie wasserabweisend oder antimikrobiell. Der Clou ist, dass sie in rauen Mengen als Abf\u00e4lle in der Agrar- und Forstwirtschaft anfallen und sehr g\u00fcnstig sind. Beispiele daf\u00fcr sind Chitin oder Lignin.<\/p>\n

Das Problem: chemisch bearbeitete Biopolymere sind nicht vollst\u00e4ndig biologisch abbaubar<\/h3>\n

Ist das nun zu sch\u00f6n, um wahr zu sein? Leider ja, denn der Teufel liegt wie immer im Detail. Denn Biopolymere wie Chitin oder Lignin sind zwar sehr robust und belastbar \u2013 das f\u00fchrt aber auch dazu, dass sie schwer zu verarbeiten sind. Um sie dennoch f\u00fcr die additive Fertigung nutzbar machen zu k\u00f6nnen, haben Forschende zu verschiedenen Tricks aus der Chemie-Kiste gegriffen: mal sind es extrem harsche Bedingungen, unter denen die Biopolymere aufgespalten und modifiziert werden. Mal werden chemische Bindemittel wie Formaldehyd zugef\u00fcgt, die die Polymere untereinander vernetzen. Das Resultat ist aber das Gleiche: ein biogenes Material, das zwar unter Einsatz von viel Chemie verarbeitet werden kann, das am Ende aber wiederum nicht vollst\u00e4ndig biologisch abgebaut wird.<\/p>\n

Die L\u00f6sung: 3D-Druck auf Basis von Enzymen<\/h3>\n

Es gibt aber noch eine weitere Alternative, die helfen kann, und zwar ohne viel Chemieeinsatz: Enzyme. Enzyme sind sehr selektive Proteine, die als nat\u00fcrlicher Katalysator chemische Reaktionen beschleunigen oder gar erst erm\u00f6glichen. Sie k\u00f6nnen z.B. Molek\u00fcle funktionalisieren, indem sie bestimmte Teile\/Gruppen entfernen oder hinzuf\u00fcgen. Sie k\u00f6nnen gro\u00dfe Molek\u00fclgruppen, sog. Polymere, miteinander verbinden und noch vieles mehr. Und genau die F\u00e4higkeit, gro\u00dfe Molek\u00fclgruppen miteinander gezielt zu verbinden, kann man sich im enzymbasierten 3D-Druck zu Nutze machen.<\/p>\n

Auf das Zusammenspiel von Biopolymer und Enzym kommt\u00b4s an<\/h3>\n

Je nach ausgew\u00e4hltem Rohstoff, z.B. Chitin aus der Krabbenverarbeitung, muss das daf\u00fcr passende Enzymsystem ausgew\u00e4hlt werden. Denn oft kann ein einzelnes Enzym alleine die Schritte bis zur vollst\u00e4ndigen Verkn\u00fcpfung der Molek\u00fcle untereinander nicht bewerkstelligen: nur im Team l\u00e4uft\u2019s gut. Ist das Team gefunden, gilt es nun, die Prozessbedingungen soweit anzupassen, dass in jedem Schritt das spezialisierte Enzym optimal arbeiten kann: jeder Facharbeiter bekommt seine optimale Arbeitsumgebung. Und nach einigen Anpassungs- und Verbesserungsschritten steht am Ende ein Prozess, mit dem vollst\u00e4ndig biogenes Material zum Beispiel \u00fcber LDM (Liquid Deposition Modelling) verdruckt werden kann.<\/p>\n

Anwendungen beispielsweise f\u00fcr die Medizintechnik<\/h3>\n

Dass dieser Ansatz nicht nur in der Theorie funktioniert, sondern auch in der Praxis Fr\u00fcchte tr\u00e4gt, konnten wir f\u00fcr Chitin bereits zeigen: So ist es gelungen mit einem Enzymsystem einen Prozess zu entwickeln, durch den verdruckbare Pasten hergestellt werden k\u00f6nnen. Der Prozess verzichtet vollst\u00e4ndig auf organische L\u00f6sungsmittel und macht somit teure Umbauten f\u00fcr Abzugsanlagen oder Chemikalienlagerung unn\u00f6tig. Das ausgeh\u00e4rtete Material selbst hat bisher in mechanischen Testreihen sehr gut abgeschnitten und zeigt das Potenzial, klassische Kunststoffe wie PE oder PP zu ersetzen. Gerade f\u00fcr hygienisch sensible Bereiche wie in der Medizintechnik ist dieses Material besonders interessant, da Chitin und seine Derivate f\u00fcr ihre antimikrobielle Wirkung bekannt sind.<\/p>\n

Abf\u00e4lle als Rohstoffe f\u00fcr die additive Fertigung von morgen<\/h3>\n

Das Potenzial der enzymbasierten additiven Fertigung ist gro\u00df: neben Chitin aus Krabbenschalen fallen beispielsweise gro\u00dfe Mengen an Holzresten in der Forstwirtschaft an, ebenso wie Lignine aus der Papierherstellung \u2013 und das Potenzial ist noch lange nicht ausgesch\u00f6pft. All\u2018 diese Biopolymere warten nur darauf, f\u00fcr die additive Fertigung genutzt werden, damit aus ehemaligen Nebenstr\u00f6men innovative Wertstr\u00f6me entstehen f\u00fcr eine additive Fertigung von morgen: kunststofffrei und gr\u00fcn\/nachhaltig. Verf\u00fcgen auch Sie \u00fcber ungeahnte Rohstoffe? Wir finden das passende Enzym dazu.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Seit Jahren sind Kunststoffe DAS Material der Wahl, wenn es um personalisierte Einmalprodukte aus der additiven Fertigung, bekannt als 3D-Druck, geht. Der zunehmende Druck seitens des Gesetzgebers (Stichwort Verbot von Einmalartikeln aus Kunststoff durch die EU) als auch von Seiten der Verbraucher, die immer st\u00e4rker nachhaltige und \u00bbgr\u00fcne\u00ab L\u00f6sungen fordern, stellt gerade viele mittelst\u00e4ndische Unternehmen […]<\/p>\n","protected":false},"author":59,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"","nova_meta_subtitle":"","footnotes":""},"categories":[5572],"tags":[11579,10763,10608,11841],"supplier":[3148],"class_list":["post-88110","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-bio-based","tag-3ddruck","tag-biokunststoffe","tag-biooekonomie","tag-kreislaufwirtschaft","supplier-fraunhofer-institut-fuer-produktionstechnik-und-automatisierung-ipa"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/88110","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\/59"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=88110"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/88110\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=88110"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=88110"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=88110"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=88110"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}