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Neuartige Technologie verwandelt Waldrohstoffe in Zellulose mit hohem Mehrwert

Mikrofibrillierte Zellulose, ein neues Material, dessen einzigartige Eigenschaften für ein breites Spektrum von Industrien und Anwendungen attraktiv sind, ist bislang auf die Anwendung in kleinen Laboren und Pilotanlagen beschränkt. Im Rahmen einer EU-Initiative wurde ihr immenses kommerzielles Potenzial erforscht.

Industrielle Technologien
Lebensmittel und natürliche Ressourcen

Leistungsadditive sind Materialien, die in kleinen Mengen Kunststoff hinzugefügt werden, um dessen Leistung und Beständigkeit zu verbessern. Diese Additive sind in mehreren Industrien entscheidend für die Entwicklung finaler Endprodukte. Doch heute werden umweltfreundlichere Alternativen gebraucht. Mikrofibrillierte Zellulose ist ein neuartiges Leistungsadditiv auf der Basis von Holzzellulose – eines der weltweit am häufigsten vorkommenden Materialien. Das Interesse an mikrofibrillierter Zellulose im Industriesektor wächst, doch die Einschränkungen in puncto Technologie und Produktion hindern den Markteintritt.

Ein aufstrebendes, nachhaltiges Material für alle Anwendungszwecke

Das EU-finanzierte Projekt EXILVA führte die weltweit erste kommerziell erhältliche mikrofibrillierte Zellulose ein. Diese neue Art von biobasiertem Additiv wird aus der Rotfichte gewonnen, die in skandinavischen Wäldern vorzufinden ist. „Dank ihrer hohen Effizienz, Robustheit in widrigen Umgebungen und multifunktionalen Eigenschaften eignet sich der Baum für eine Vielzahl von Produkten und Industrien“, kommentiert Koordinator Jarle Wikeby. „Was die Anwendungsbereiche anbelangt, sind den Möglichkeiten keine Grenzen gesetzt!“ Das Produkt ist eine unlösliche mikrofibrillierte Zellulose, die aus langen und dünnen Fasern besteht, welche ein 3D-Netz bilden. Einzelne Polymere werden aufeinander gestapelt um kleine Elemente zu bilden, die als Fibrillen bezeichnet werden. Diese Fibrillen werden wiederum aufeinander gestapelt, um die Zellulosefaserstruktur zu bilden, die in der Natur vorkommt. Die Zellulosefasern haben die Fähigkeit, physikalisch – durch ihre extrem große Oberfläche – und chemisch – durch Wasserstoffbindung – miteinander zu interagieren. Die mikrofibrillierte Zellulose hat sehr hohe Wasserretentionsfähigkeiten und erhält auch ihre Kristallinitätsmerkmale nach Produktionsprozessen. Nach der Entwicklung der mikrofibrillierten Zellulose übertrugen die Projektpartner die Produktionstechnik erfolgreich von einer Pilotanlage auf eine Fabrik in Sarpsborg, Norwegen. Dies machte die Anlage zur ersten industriell betriebenen Anlage für mikrofibrillierte Zellulose. Durch die Optimierung von Prozessen hat die Flaggschiff-Anlage eine jährliche Kapazität für 10 000 t einer 10%-igen Paste und 50 000 t einer 2%-igen Suspension, beides entspricht einer Trockenmasse von 1 000 t.

Spannende Möglichkeiten für die Produktentwicklung schaffen

Im Fokus standen Anwendungsbereiche wie Klebstoffe, Beschichtungen, Kosmetika, Haushaltsreiniger, chemische Erzeugnisse für die Landwirtschaft, Ölfelder, Gebäude, Komposite, Automobile und Verpackungen. Das EXILVA-Team arbeitet an Konzeptnachweisen für Produkte in diesen Bereichen und hat elf Patentanmeldungen eingereicht. Die Funktionalitäten der mikrofibrillierten Zellulose in diesen Bereichen sind oftmals mit der Rheologie (Fließ-, Sprüh-, Tropf- und Biegeverhalten), Stabilität, Festigkeit und den Barriereeigenschaften verbunden. Das Material zeigt eine sehr gute Effizienz und kann die Leistung von Produkten erhöhen, während gleichzeitig ihre Nachhaltigkeit verbessert wird. Mikrofibrillierte Zellulose hat mehrere wichtige Vorteile. Die hohe Fließspannung liefert eine verbesserte Stabilität für wässrige oder polare Lösungsmittelsysteme bei geringer Scherung. Eine extreme Strukturviskosität mit sehr schneller Viskositätswiederherstellung bietet Vorteile, wenn beide dieser Systeme genutzt werden. Die sehr große Oberfläche bietet erhebliche Bindungsvorteile. Darüber hinaus ist das Material umweltfreundlicher als bestehende Technologien. Der CO2-Fußabdruck bei der Herstellung mikrofibrillierter Zellulose ist im Vergleich zu konkurrierenden Produkten auf Basis fossiler Brennstoffe gering. Das Aufbereitungsverfahren für mikrofibrillierte Zellulose stützt sich auf eine weniger aufwändige chemische Vorbehandlung, sodass es etwa 50 % weniger CO2-intensiv als bestehende Verfahren ist. Das Konsortium vermeldet solide Verkäufe in vielen Marktsegmenten, Priorität hätten jedoch Klebstoffe und landwirtschaftliche chemische Erzeugnisse. „Das Produkt erweckt eine Menge Interesse“, lautet das Fazit von Wikeby. „Es sind fruchtbare Gespräche mit großen Herstellern von Biokunststoff im Gange, und mit vier führenden Kunststoffpolymerproduzenten sind neue Pilotanwendungen geplant.“ EXILVA erhielt Finanzmittel vom Gemeinsamen Unternehmen für biobasierte Industriezweige, einer öffentlich-privaten Partnerschaft zwischen der EU und der Industrie.

Schlüsselbegriffe

EXILVA, MFC, Zellulose, additiv, mikrofibrillierte Zellulose, Leistungsadditiv, Fibrille, Zellulosefaser

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