Rasen, Möbel und Platten auf biologischer Basis – für die Ewigkeit bestimmt
Die Städte wünschen sich Produkte mit weniger schädlichen Auswirkungen auf die Umwelt, aber Materialien für den Außenbereich müssen dennoch Sonne, Regen und starker Beanspruchung standhalten. Das Team des EU-finanzierten Projekts AMBIANCE(öffnet in neuem Fenster) konzentrierte sich auf biobasierte Optionen, die auf betriebssichere Weise hergestellt und auf ihre Alltagstauglichkeit geprüft werden können. Anhand von drei Demonstrationsmodellen kombinierte das Projektteam Materialentwicklung, Haltbarkeitstests und digitale Fertigungsunterstützung, wobei auch kreislauforientierte Lösungen für das Lebensdauerende von Anfang an Berücksichtigung fanden.
Drei Demonstrationsmodelle für Sport, öffentlichen Raum und Bauwesen
Im Rahmen von AMBIANCE wurden Produkte ausgewählt, die den Menschen bereits im täglichen Leben begegnen. Projektkoordinatorin Cristina Crespo äußert dazu: „AMBIANCE zielt auf drei in der städtischen Umgebung alltägliche ‚Urban Outdoor‘-Produktfamilien ab: Kunstrasensysteme, 3D-gedruckte Außenmöbel und dekorative Bauplatten.“ Im Bereich der Sportanlagen konzentrierte sich das Projektteam auf Kunstrasenplätze, wobei es galt, die Nachhaltigkeit von Filamenten (Garnen) und Einlagen zu verbessern und gleichzeitig hohe Leistungsanforderungen zu erfüllen. Für den öffentlichen Raum wurden mit additiver Massenfertigung 3D-gedruckte Außenmöbel hergestellt. Für den Bausektor wurden dekorative Platten entwickelt, darunter selbstklebende Bioverbundplatten aus landwirtschaftlichen Rohstoffen wie Gerstenstroh und Rohrglanzgras.
Außenbewitterungstests auf echte Beanspruchung
Alterung im Freien ist ein Problem, bei dem mehrere Faktoren zusammenwirken: ultraviolette Strahlung (UV), Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit und mechanische Abnutzung, die Verformungen, Farbveränderungen, Oberflächenschäden oder Festigkeitsverluste nach sich ziehen können. Crespo verweist auf den schwierigsten Teil: „Es ist so, dass die größte Herausforderung im Design darin besteht, die Kombination aus UV- und Feuchtigkeitseffekten zu verhindern und gleichzeitig dafür zu sorgen, dass die Materialien kreislauforientiert und in Bezug auf die industrielle Produktion skalierbar sind.“ Im Zuge von AMBIANCE wurden beschleunigte Bewitterung und mechanische Tests eingesetzt, um Materialien zu prüfen sowie Formulierungen und Verarbeitung zu optimieren. An Außenmöbeln wurden beschleunigte Bewitterungsversuche mit kontrollierten UV- und Feuchtigkeitszyklen durchgeführt, wobei ein strenges Kriterium für das Bestehen der Tests galt: Die Proben mussten unverformt bleiben und ihre Biegefestigkeit auch nach längerer Exposition innerhalb eines akzeptablen Bereichs beibehalten. Bei Außenbauplatten galt die Feuchtigkeitsbeständigkeit als entscheidender Faktor, und Tests ergaben, dass eine Oberflächenbeschichtung diese verbessert. An Kunstrasenfasern wurden Tests zur beschleunigten Sonneneinstrahlung unter kontrollierten Bedingungen durchgeführt, um Farbbeständigkeit, mechanische Integrität und mögliche Degradation zu bewerten. Parallel dazu wurden Versuche zur biologischen Abbaubarkeit der Füllelementmaterialien in wässriger Umgebung durchgeführt, um die Abbauwege zu verstehen.
Kreislauforientiertes Lebensdauerende und digitaler Zwilling für die Fertigung
Das Kreislaufprinzip wurde bei den drei Demonstratoren unterschiedlich angewandt, da sich Materialien und Wege unterscheiden. Die Kunstrasensysteme wurden im Sinne des mechanischen Recyclings so weit wie möglich aus Thermoplasten gefertigt, während die Füllelementmaterialien auf ihre biologische Abbaubarkeit hin geprüft wurden. Bei 3D-gedruckten Möbeln wurde die Recycelbarkeit auch nach künstlicher und natürlicher Alterung bewertet. Für dekorative Platten aus Agrarrohstoffen ohne Klebstoffzusätze bildete dar chemisch-mechanische Recyclingprozess einen Teil der Verfahrensweise am Lebenszyklusende. Um die Hersteller bei der Beibehaltung einer gleichbleibenden Qualität zu unterstützen, entwickelte das AMBIANCE-Team digitale Lösungen, die Produktionsdaten mit Fertigungsentscheidungen verknüpfen. Crespo erklärt dazu: „Die digitalen Lösungen von AMBIANCE sind darauf ausgelegt, Produktionsdaten in umsetzbare Entscheidungen zu verwandeln. Dabei geht es um die Auswahl von Betriebsfenstern, die Erkennung von Abweichungen und die Unterstützung einer gleichbleibenden Qualität.“ Dieser Prozess umfasst die Bereinigung und den Abgleich von Sensordaten und deren anschließende Verwendung in Entscheidungsunterstützungssystemen mit erklärbarer KI, damit das Bedienpersonal erkennen kann, welche Variablen die Qualität beeinflussen. Datengesteuerte Modelle werden mit Modellen reduzierter Ordnung aus hochgenauen Simulationen kombiniert, sodass die Teams Szenarien virtuell testen können, bevor sie kostspielige Versuche durchführen. Kostenvorteile ergaben sich aus lokalen Rohstoffen und materialeffizientem 3D-Druck, gegebenenfalls unterstützt durch Zulieferungsdokumentation und -zertifizierung, wodurch langlebige und kreislauforientierte Produkte skalierbar bleiben.
