Biobasierte Verbundwerkstoffe für nachhaltigen Leichtbau

Herr Professor Puch, Sie beschäftigen sich im Projekt FunkiBioVerbund mit „funktionsintegrierten biogenen Verbundwerkstoffn“. Was genau kann man sich darunter vorstellen – und welches Problem in der Industrie wollen Sie damit lösen?

Im Kern geht es darum, nachhaltigere Materialien für technische Anwendungen zu entwickeln – insbesondere für Branchen wie die Automobilindustrie, wo die Hersteller bis 2030 die CO₂-Emissionen ihrer Fahrzeuge von der Rohstoffgewinnung über die Produktion bis zum Ende der Lebensdauer deutlich reduzieren müssen, wenn sie hohe Strafen vermeiden wollen. Wir arbeiten mit biobasierten Werkstoffen wie Biokunststoffen, Naturfasern oder Holzfasern und kombinieren sie zu Verbundmaterialien. Die Herausforderung ist, dass solche Materialien bisher oft nicht die gleichen Funktionen erfüllen wie klassische Kunststoffe oder Metallbauteile. Deshalb integrieren wir bereits während der Herstellung funktionale Elemente, zum Beispiel lokale Verstärkungen oder Verbindungspunkte. So können Bauteile entstehen, die sowohl nachhaltig als auch technisch leistungsfähig sind.

An der Forschungsgruppe sind mehrere Fachgebiete der Technische Universität Ilmenau beteiligt, aber auch das TITK e.V, ein An-Institut der TU Ilmenau, das sich als industrienahe Forschungseinrichtung darauf spezialisiert hat, Polymere so zu verändern, dass Materialien mit völlig neuen, funktionellen Eigenschaften entstehen. Wie arbeiten Forschungseinrichtungen und verschiedene Fachbereiche hier konkret zusammen, und welche Kompetenzen bringt jeder Partner ein?

Das Projekt lebt von der interdisziplinären Zusammenarbeit. Hier an der TU Ilmenau sind sowohl die Kunststofftechnik als auch die Fertigungstechnik beteiligt. Der Fokus liegt hier stärker auf den Herstellungsverfahren, etwa Spritzguss oder additive Fertigung, und auf der konstruktiven Auslegung der Bauteile. Das TITK bringt vor allem seine Erfahrung in der Entwicklung und Verarbeitung biobasierter Materialien ein. Durch diese Kombination können wir Materialentwicklung, Prozessentwicklung und Bauteildesign gemeinsam denken – das ist entscheidend, um am Ende funktionierende Prototypen zu entwickeln.

Wenn das Projekt erfolgreich ist: Was bedeutet das konkret für die Praxis – zum Beispiel für die Automobilindustrie oder für Unternehmen in der Region? Welche Vorteile könnten biobasierte Verbundbauteile künftig bringen?

Langfristig kann das Projekt helfen, den Einsatz fossiler Rohstoffe zu reduzieren und gleichzeitig Bauteile leichter und ressourceneffizienter zu machen. Gerade für die Automobilindustrie ist das wichtig, weil sie ihre CO₂-Emissionen über den gesamten Lebenszyklus eines Fahrzeugs deutlich senken muss. Wenn wir zeigen können, dass biobasierte Verbundbauteile technisch funktionieren und sich auch recyceln lassen, eröffnet das neue Möglichkeiten für nachhaltigere Leichtbauprodukte, die breit gesellschaftlich anwendbar sind, weshalb der Nachhaltige Leichtbau auch ein Schwerpunkt in unserem Masterstudiengang Maschinenbau ist: Von Medizintechnik, Mobilität und Maschinenbau über die Energieerzeugung und -versorgung, Gebäude und Haushalt bis hin zu Sport und Freizeit. Gleichzeitig profitieren regionale Unternehmen, weil die Ergebnisse und Erkenntnisse aus dem Projekt direkt in die industrielle Praxis übertragen werden können: Teil des Projekts ist auch eine Machbarkeitsstudie zum Recycling der hergestellten Verbundbauteile, deren Ergebnisse dann direkt regionalen Unternehmen zur Verfügung gestellt werden. Um die Rezyklierbarkeit von Verbundwerkstoffen weiter zu verbessern, schauen wir mit Hilfe eines Innovationsgutscheins nach Möglichkeiten eigenverstärkte Verbundwerkstoffe zu entwickeln. Das bedeutet, dass die Verstärkungsfaser und die umgebende Matrix aus dem gleichen Kunststoff sind und dadurch ein mechanisches Recycling ermöglichen.