Kreislaufwirtschaft als Zukunftsmodell

Jedes Jahr kommt der Erdüberlastungstag früher. Der Tag, an dem wir die nachwachsenden Ressourcen, die die Erde reproduziert, aufgebraucht haben und ab dem wir auf Pump leben müssen. Wurde er vor 25 Jahren noch am 23. September gefeiert, war es in diesem Jahr bereits am 24. Juli so weit. Denn die Weltbevölkerung wächst rasant, ihr Rohstoff-Hunger ist unermesslich.

Unser lineares »Nehmen–Nutzen–Wegwerfen«-Modell stößt an seine Grenzen: Natürliche Ressourcen werden knapper, die Müllberge wachsen, und die Herstellung neuer Materialien verursacht enorme CO₂-Emissionen. Laut dem International Resource Panel der Vereinten Nationen gehen rund 90 Prozent des weltweiten Biodiversitätsverlusts und etwa die Hälfte aller Treibhausgasemissionen auf die Gewinnung und Verarbeitung natürlicher Ressourcen zurück.

In der Shampoo-Flasche steckt wertvolles Erdöl, im Smartphone sind Rohstoffe wie Palladium, Tantal, Wolfram oder Dysprosium verbaut. Für Batterien ist Zink, Mangan oder Lithium nötig. Und nicht zuletzt die Bauabfälle: Sie wachsen zum größten Abfallberg in Europa an, in dem Seltene Erden, Stahl, Kupfer oder Naturstein lagern. Genau hier setzt die Circular Economy an: Sie will den Materialeinsatz minimieren, Wertstoffe im Kreislauf halten und den ökologischen Fußabdruck der Industrie massiv senken. Kreislaufwirtschaft ist damit weit mehr als reines Recycling – sie erfordert ein Umdenken in Design, Produktion, Konsum und Politik. Und sie bietet viele Chancen: Laut der Ellen MacArthur Foundation könnten europäische Unternehmen bis ins Jahr 2030 jährlich über 600 Milliarden Euro an Materialkosten durch zirkuläre Prinzipien einsparen.

Geruchsoptimierung in Kunststoffen und Rezyklaten

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Feine Nase: Helen Haug vom Fraunhofer IVV prüft im Gaschromatographen, ob recycelte Verpackungen noch gut riechen oder ob sie sogar gesundheitsschädlich sind.

Etwas muffig, fettig, erinnert an Karton«, sagt Helen Haug, während sie ihre Nase an einen Schlauch hält und schnuppert. »Das müsste (E)-2-Nonenal sein, ein Molekül, das durch Abbauprozesse von Fetten entstehen kann.« Ein paar Sekunden später notiert sie auf ihrem Blatt »käsig, schweißig« – vermutlich Buttersäure, die sich durch bakteriellen Stoffwechsel im Abfall bildet. Anschließend schreibt sie »blumig, riecht nach Veilchen« – und tippt auf Beta-Ionon, das oft als Duftstoff in Reinigungsmitteln vorkommt. Zum Schluss wird es ganz übel: Skatol. Ein Stoff, der durch mikrobiellen Abbau beim Verpackungsrecycling entsteht, wenn Lebensmittelreste oder Bioabfälle involviert sind. Als Snifferin prüft Helen Haug Geruchsstoffe. Am Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV in Freising bei München untersucht sie unter anderem Kunststoffrezyklate, also Materialien, die bei der Wiederverwertung von Kunststoffen entstehen – und zwar mithilfe der Nase. Der Schlauch, durch den die Geruchsmoleküle strömen, hängt an einem Gaschromatographen: ein analytisches Instrument, das ein Probenextrakt aus recyceltem Kunststoff langsam erhitzt und dann die vorhandenen geruchsaktiven Stoffe in einem Gasstrom an Helen Haugs geschulte Riechzellen schickt. Darin enthalten: Moleküle, die der Kunststoff aus seinem Vorleben mitbringt oder die sich durch den Wiederaufbereitungsprozess erst gebildet haben.

»Geruch ist ganz klar ein Qualitätsfaktor beim Recycling«, sagt die 30-jährige Geruchsforscherin, »vor allem, wenn das Material später wieder als verbrauchernahe Anwendung zum Einsatz kommen soll.« So ist es eine Herausforderung, den Joghurtbecher technisch stabil und vor allem sicher zu recyceln. Wenn er aber am Ende unangenehm riecht, will niemand daraus essen. Deswegen untersuchen Haug und ihr Team die Gerüche, um die Eigenschaften der Rezyklate zu verbessern. Einige Stoffe, die beim Recycling entstehen, können sogar gesundheitsschädlich sein. Auch nach denen suchen die Forschenden am Fraunhofer IVV.

Vor einiger Zeit stieß Helen Haugs Kollege Ludwig Gruber auf einen unerwarteten Übeltäter: Burgerpapier. »Eigentlich sah alles harmlos aus«, erinnert sich Gruber, Leiter der Störstoffanalytik am Fraunhofer IVV. »Doch als wir das Papier zusammen mit Wasser erhitzten – so wie es in der Mikrowelle mit einem saftigen Burger wirklich passiert – entstanden plötzlich Fluortelomere.« Diese unscheinbaren Moleküle können sich zu PFAS abbauen, jenen »Ewigkeitschemikalien«, die sich in der Umwelt anreichern, lebertoxisch wirken und im Verdacht stehen, krebserregend zu sein. »Genau deshalb«, so Gruber, »müssen wir beim Testen von Kunststoffen immer die reale Nutzung im Blick haben: Wie werden sie verwendet? Wo lauern Risiken?«

Grubers Spezialgebiet ist das massenspektrometrische Screening. Das Massenspektrometer ist ein analytisches Gegenstück zu Helen Haugs Sniffer-Port. Moleküle, die nicht mit der Nase wahrnehmbar sind, können mit solchen Detektoren erfasst werden, um sie präzise zu entschlüsseln. Die Moleküle werden zunächst voneinander getrennt. Der angeschlossene Detektor – das Massenspektrometer – legt ihr Innenleben offen: Antioxidantien, UV-Stabilisatoren aus alten Gartenmöbeln, Farbstoffreste aus Verpackungsfolien oder Abbauprodukte aus dem Recyclingprozess. »Die Peaks, die die Analyse zeigt, vergleichen wir mit einer Datenbank aus mehr als 80 000 Substanzen«, sagt Ludwig Gruber. »So können wir teilweise auf unter ein Milliardstel Teile genau bestimmen, was da im Recyclingmaterial steckt.« Zusammen mit den Geruchstests entsteht auf diese Weise ein Doppelporträt jedes Kunststoffs. Diese Kombination macht es möglich, verlässlich zu bewerten, ob ein Rezyklat tatsächlich wieder in hochwertige, sichere Produkte zurückkehren kann.

Die Suche nach dem Joghurtdeckel im Kunststoffabfall

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© Sven Döring
Die Guten ins Töpfchen: Dr.-Ing. Georg Maier vom Fraunhofer IOSB trennt im Projekt Waste4Future mit einer Sortieranlage Kunststoffe besser voneinander – erstmals auch schwarze und stark gealterte.

Ein wichtiges Zukunftsthema bei Fraunhofer sind innovative Lösungen für die Kreislaufwirtschaft – von der ressourcenschonenden Produktion über intelligente Sortiertechnik bis hin zu neuen Recyclingverfahren und biobasierten Materialien. Im Projekt Waste4Future bündelten acht Fraunhofer-Institute ihre Kompetenzen, um Kunststoffabfälle besser im Kreislauf zu halten. Das Leitprojekt betrachtete die gesamte Wertschöpfungskette: von der Erfassung und Sortierung über mechanisches und chemisches Recycling sowie lösemittelbasiertes Recycling bis hin zur Bewertung ökologischer und ökonomischer Effekte. Ziel ist es, für unterschiedliche Abfallströme die jeweils beste Recyclingroute zu finden und so ein Modell für eine zukunftsfähige Kreislaufwirtschaft zu entwickeln.

Einer der Schwerpunkte des Projekts lag auf der Sortierung der Kunststoffabfälle. Fachmann dafür ist Dr.-Ing. Georg Maier, Gruppenleiter für sensorgestützte Sortiersysteme in der Abteilung Sichtprüfsysteme am Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB. »Entscheidend ist die Sortenreinheit«, sagt Maier. »Nur wenn die Abfallströme zuverlässig nach Kunststoffsorte getrennt sind, können daraus Materialien entstehen, die den hohen Anforderungen der Industrie genügen.«

Um diese Qualitäten zu erreichen, hat das Team im Rahmen von Waste4Future eine prototypische Sortieranlage aufgebaut, die verschiedene Sensortechnologien testet. Da heutige Recyclinganlagen meist mit Infrarotkameras arbeiten, stoßen sie bei Problemfällen an Grenzen – etwa bei schwarzen oder stark gealterten Kunststoffen. »Das ist, als würde man durch eine Sonnenbrille in ein dunkles Zimmer schauen – da sieht man schlichtweg nichts«, beschreibt es Maier. Mit neuen Verfahren wie der Terahertz-Sensorik lassen sich diese Schwächen überwinden: Schwarze Kunststoffe können hiermit erstmals zuverlässig unterschieden und sauber voneinander getrennt werden.

In ersten Praxistests wies die Sortieranlage des Fraunhofer IOSB nach, dass sich selbst schwer unterscheidbare Materialien wie schwarzes Polypropylen und schwarzes Polyethylen auseinanderhalten lassen – beides Kunststoffe, die in der Automobilindustrie häufig eingesetzt werden. Bislang landeten diese nach dem Recycling oft in minderwertigen Anwendungen, weil sie nicht sortenrein oft in minderwertigen Anwendungen, weil sie nicht sor­tenrein genug waren. »Wenn wir diese Materialien sauber trennen können, lassen sie sich wieder für hochwertige Bauteile nutzen«, sagt Maier. »So können wir mehr wert­volle Rohstoffe in Europa behalten.«

Weniger Verpackung ist mehr

Wie viel Verpackung ist nötig – und wie wenig ist genug? Diese Frage stellt sich tagtäglich in der Lebens­mittelbranche, wo Millionen Joghurtbecher, Folien und Flaschen über die Bänder laufen. Jede Verpackung hat gleich mehrere Auf­gaben: Sie schützt das Produkt vor Sauerstoff, Feuchtigkeit, Licht oder Keimen, sorgt für sichere Lagerung und Transport – und darf gleichzeitig nicht zu viel kosten. »Ein Draht­seilakt«, sagt Prof. Marek Hauptmann, Leiter der Ab­teilung Verpackungs- und Verarbeitungstechnologie am Fraunhofer IVV in Dresden. »Wird die Becherwand zu dünn, reicht die Stabilität für den Transport nicht aus. Ist sie zu dick, verschwenden wir wertvolle Rohstoffe.« Noch schwieriger wird es, wenn die Verpackung recycelt werden soll. Dann landet die Shampooflasche schnell neben dem Joghurtbecher, das Reinigungsmittel läuft über die Lebensmittelreste, und Farbstoffe oder Schim­mel schaffen zusätzliche Schwierigkeiten. Lebensmittel­verpackungen fallen zum Beispiel in die Sortierfraktion 324, in der strengere Vorgaben gelten als bei anderen Recyclingprodukten.

Zudem können sich beim Recycling durch Hitze neue Substanzen bilden – unerwünschte und im schlimmsten Fall toxische Verbindungen, die aufgespürt werden müs­sen. Bislang wurde Verpackungsdesign oft nach Bauch­gefühl und mit großen Sicherheitsreserven betrieben. Genau dafür bringt das Projekt KIOptiPack Künstliche Intelligenz in die Produktionshallen und wertet Daten aus, die Sensoren direkt an den Verpackungslinien sam­meln: Formdrücke, Siegeltemperatur oder die Gasatmo­sphäre in der Verarbeitung sowie später in der Packung.

Algorithmen können daraus Zusammenhänge er­kennen und Vorschläge machen, wie Maschinen betrie­ben werden sollten, um möglichst dünne Folien mit Re­zyklatanteil einsetzen zu können. Oder welche Parameter verändert werden müssen, um trotz reduzier­ten Materials eine stabile Siegelnaht zu erzielen. Haupt­mann: »Früher sind die Materialeigenschaften konstant gewesen. Heute lernt die Maschine, präzise zu unter­scheiden, ohne Kompromisse bei der Sicher­heit zu machen.«

Die KI schlägt zukünftig nicht nur Varianten vor, sondern soll sie in Produktionsumgebun­gen direkt in der Maschi­nensteuerung umsetzen. So entsteht eine Art ad­aptive Verpackungstech­nologie, die sich dyna­misch an Produkte und Bedingungen anpasst. Dadurch lässt sich Ver­packungsmaterial ein­sparen. Hauptmann: »Je­der Zehntelmillimeter Folie bedeutet weniger Kunststoff, weniger Energie, weniger Abfall – und das in Millionenauflage.«

Kreislaufwirtschaft oder Linearwirtschaft?

Die Kreislaufwirtschaft ist im Kern eigentlich eine al­te Idee mit neuem Anspruch. Jahrtausendelang wirt­schafteten Menschen in geschlossenen Stoffkreisläufen: Küchenabfälle wurden verfüttert, Materialien repariert oder wiederverwendet, nichts ging verloren. Erst die In­dustrialisierung brachte das lineare Prinzip von »take, make, waste« – und damit die Wegwerfgesellschaft. In den 1970er-Jahren tauchte die Circular Economy dann wieder auf der wissenschaftlichen Agenda auf.

David W. Pearce griff diese Ansätze Anfang der 1990er- Jahre auf und prägte den Begriff »Circular Economy« explizit als Gegenentwurf zur ressourcenintensiven li­nearen Wirtschaft. Geändert hat sich seither jedoch we­nig: Laut dem Global Circularity Gap Report 2024 zirku­lieren aktuell nur 7,2 Prozent der weltweiten Materialien in einem geschlossenen Kreislauf. Das ist sogar noch we­niger als in den Vorjahren: 2020 lag die Quote bei 8,6 Prozent und 2018 sogar noch bei 9,1 Prozent. Der Rest endet als Abfall.

Diese Entwicklung ist nicht nur ökologisch fatal. Auch wirtschaftlich birgt sie Risiken: Lieferketten werden fra­giler, geopolitische Abhängigkeiten nehmen zu – etwa bei Seltenen Erden oder Lithium für Batterien. Die Kreislauf­wirtschaft bietet hier eine strategische Antwort: Sie kann den Ressourcenverbrauch entkoppeln von Wachstum und Wohlstand. Die Rahmenbedingungen wurden da­für im Jahr 2020 von der EU mit dem »Aktionsplan für die Kreislaufwirtschaft« verabschiedet; er legt fest, dass die Wiederverwendungs­rate in den Mitglieds­staaten bis 2030 auf 23,2 Prozent steigen soll.

Design for Recycling

Doch was wäre, wenn Produkte von Anfang an so entworfen würden, dass sie sich leicht reparieren, wieder­verwenden oder recyceln lassen? Genau das will ZirkuPro, ein For­schungsprojekt des Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM in Paderborn, gemeinsam mit Partnern wie Miele, WAGO und Diebold Nixdorf erreichen. »Viele Produkte sind heute technisch extrem ausgereift, aber am Lebensende ein echtes Prob­lem«, sagt Projektleiter Jan Luca Twardzik. »Wir wollen Kreislauffähigkeit schon in der Entwicklung mitdenken – nicht erst, wenn das Produkt auf dem Müll landet.«

Der Ansatz ist einfach, aber wirksam: 80 Prozent der Umweltauswirkungen eines Produkts werden schon in der Designphase festgelegt. Ob ein Gerät später repariert, wiederverwendet oder recycelt werden kann, hängt also von Entscheidungen ab, die lange vor der Produktion ge­troffen werden. Deshalb entwickelt ZirkuPro ein Werk­zeugset, das Ingenieurinnen und Ingenieuren schon in der frühen Entwicklungsphase zeigt, welche Materialien und Konstruktionsweisen ressourcenschonend sind – und welche später Probleme bereiten könnten. Dabei wer­den Daten zur CO₂-Bilanz, zum Energieverbrauch, zur Recyclingfähigkeit und zur Reparaturfreundlichkeit di­rekt in den Entwicklungsprozess eingespeist.

Die Arbeit im Projekt ist praxisnah. Forschung und Industriepartner treffen sich regelmäßig in Workshops und testen ihre Ideen an echten Produkten – zum Beispiel an einem modernen, vernetzten Backofen, einem Kassen­system, einem Industrie-Touchpanel und einer Kompo­nente für E-Auto-Ladestationen. Anhand solcher Geräte wird geprüft, wie Gehäuse aus recyceltem Aluminium gefertigt, Elektronikmodule standardisiert oder Bauteile so platziert werden kön­nen, dass sie leicht zugänglich sind. Twardzik kennt solche Hürden aus eigener Erfahrung: »Mei­ne Waschmaschine zu Hau­se stand still, weil zwei Kohlebürsten im Motor abgenutzt waren – Kos­tenpunkt zwei Euro. Die Reparatur hätte zehn Minuten gedau­ert, aber um ranzu­kommen, musste man das ganze Gerät auf den Kopf stellen. Solche Fak­toren verhindern, dass repariert wird. Dinge lan­den im Müll.«

ZirkuPro betrachtet nicht nur die Technik, sondern auch neue Geschäftsmodelle. Denn eine einfache Reparatur nützt wenig, wenn Er­satzteile zu teuer sind oder Rücknahmesysteme fehlen. Das Projekt untersucht daher auch Serviceange­bote, Ersatzteilprogramme oder Konzepte zur Wieder­aufbereitung. »Ressourcen sind endlich. Wenn wir sie im Kreis halten, gewinnen Unternehmen, Verbraucher – und die Umwelt«, fasst es Twardzik zusammen.

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Hand in Hand mit der Industrie: Jan Luca Twardzik vom Fraunhofer IEM in Paderborn zeigt im Projekt ZirkuPro, wie Elektrogeräte länger im Kreislauf bleiben.
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Sortieren mit der Kraft der KI: Am Fraunhofer IIS verbessert Johannes Leisner mit Künstlicher Intelligenz und Digitalen Zwillingen die Sortierung von Kunststoffen.

Auch das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA arbeitet daran, Produkte so zu gestalten, dass sie am Ende ihres Lebens nicht zum Problem, sondern zur Ressource werden. Unter dem Schlag­wort »Design for Disassembly« entwickeln die Forsche­rinnen und Forscher in einem Workshop Gestaltungs­richtlinien, die schon in der Entwurfsphase festlegen, wie Geräte oder Bauteile später wieder auseinandergebaut werden können. Schrauben statt Kleber, modulare Bau­weisen statt fest verbundener Komponenten – solche Prin­zipien erleichtern es, einzelne Teile gezielt auszutauschen, wertvolle Materialien zurückzugewinnen und Kompo­nenten wiederzuverwenden.

Ein digitales Werkzeug, das die Kreislauffähigkeit von Fahrzeugkomponenten schon in der Konzeptphase mess­bar macht, entsteht am Fraunhofer-Institut für Arbeits­wirtschaft und Organisation IAO in Stuttgart. Im Projekt CYCLOMETRIC wurde ein modellbasiertes Entscheidungstool entwickelt, das zeigt, wie sich Material- und Designentscheidungen auf CO₂-Bilanz, Wiederverwendbarkeit und Recyclingfähigkeit auswirken. Ein Beispiel: die Mittelkonsole eines Autos. Sie kann aus unterschiedlichen Faserverbundstoffen gefertigt werden – verbunden durch Schrauben, Clips oder Klebstoffe. CYCLOMETRIC vergleicht diese Varianten und macht sofort sichtbar, welche Folgen jede Entscheidung für Umweltbilanz und Kosten hat. So wird Nachhaltigkeit direkt in den Entwicklungsprozess integriert. Ein erster Prototyp des digitalen Werkzeugs wurde bereits umgesetzt und soll bald in die industrielle Praxis übertragen werden.

Doch nicht nur im Designprozess, auch im Recycling selbst können digitale Werkzeuge den Unterschied machen. Während CYCLOMETRIC und ZirkuPro Nachhaltigkeit schon am Reißbrett mitdenken, zeigt das Projekt K3I-Cycling, wie Künstliche Intelligenz den Weg von der Wertstofftonne zurück in den Kreislauf optimieren kann. Am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS arbeitet ein Team daran, mit Künstlicher Intelligenz und Digitalen Zwillingen die Sortierung von Kunststoffen zu verbessern. Im Projekt K3I-Cycling haben Forschende eine Systematik entwickelt, die ganze Recyclinganlagen virtuell abbildet und simuliert, wie Sensoren, Maschinen und Materialströme zusammenspielen. Johannes Leisner vom Fraunhofer IIS erklärt, dass dadurch Sortierprozesse nicht mehr nur auf Erfahrungswissen beruhen, sondern datenbasiert optimiert werden können – in Echtzeit. Mithilfe von multimodaler Sensorik, also zum Beispiel Röntgentechnik oder hyperspektraler Bildgebung, erkennen die Algorithmen automatisch das Material, Form, Gewicht und etwaige Fehlwürfe wie Batterien.

KI-gestützte Systeme steuern unterschiedliche Sortiermechanismen wie Klappen und Roboterarme, verteilen Luftstöße, um die unterschiedlichen Kunststoffe präzise voneinander zu trennen. Joghurtbecher nach links, Aluschale nach rechts. Diese Kombination aus Sensorik und Künstlicher Intelligenz sorgt dafür, dass Rezyklate in hoher Qualität zurück in den Kreislauf gelangen. Das Ziel: Kunststoffe so präzise zu trennen, dass sie als hochwertige Rohstoffe wieder in die Industrie zurückkehren können – und nicht verbrannt werden müssen.

Plastik: Vom Müll zum Wertstoff

Damit Plastik als Rohstoff wiederverwertet werden kann, beschäftigt sich das Fraunhofer-Institut für Angewand­te Polymerforschung IAP im Pilotanlagenzentrum PAZ in Schkopau mit chemischem Recycling. »Wir wandeln Plastikabfall in seine ursprünglichen Bausteine – die Monomere – um und gewinnen diese so zurück«, erklärt Projektleiter Dr.-Ing. Marcus Vater, zuständig für Scale-up und Pilotierung. »Die sauberen Monomere lassen sich zu neuen, hochwertigen Kunststoffen verarbeiten.«

Konkret bedeutet das: In Kooperation mit der Industrie testet Vaters Team Verfahren, um aus Polyestern wie PET – bekannt aus Getränkeflaschen, Textilien oder Folien – wieder Terephthalsäure, das Schlüsselmolekül hinter PET, zu gewinnen. Damit re­agiert das Fraunhofer IAP auf steigende gesetzliche Anforderungen – etwa die Vorgabe, dass in PET-Ver­packungen künftig bis zu 30 Prozent Rezyklat ent­halten sein müssen. »Wir bieten die Technologie­plattform dafür«, sagt Va­ter. »Industriepartner kön­nen hier im Pilotmaßstab ausprobieren, ob ihr Verfahren tatsächlich funktioniert – und ob sich das Material wieder in hoch­wertige Kunststoffprodukte verwan­deln lässt.« Dadurch sinkt die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen, Ressourcen werden ge­schont und die Materialqualität bleibt erhalten. Oder wie es Vater formuliert: »In einer idealen Zukunft ist Plastik kein Müll, sondern Wertstoff – und wird im Jahr 2050 in einem nahezu geschlossenen Kreislauf wiederverwertet.«

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Einmal hin und wieder zurück: Dr.-Ing. Marcus Vater wandelt am Fraunhofer IAP in Schkopau Plastikabfall in seine ursprünglichen Bausteine um. Dann beginnt der Kreislauf von vorne.

Biokunststoffe aus Stroh herstellen

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Mit Stroh starten: Dr. Antje Lieske vom Fraunhofer IAP hat im Projekt RUBIO gezeigt, dass sich aus Stroh und Pflanzenresten ein leistungsfähiger und klimafreundlicher Kunststoff herstellen lässt.

Bioplastik aus Stroh und anderen pflanzlichen Reststof­fen – das war die Idee von RUBIO. 18 Forschungseinrich­tungen und Industriepartner haben gezeigt, dass sich aus landwirtschaftlichen Nebenprodukten ein leistungs­fähiger Kunststoff herstellen lässt, der klimafreundlich ist und nicht mit Lebensmitteln konkurriert. Herzstück ist Polybutylensuccinat (PBS): ein biobasiertes, biologisch abbaubares Polymer, das sich wie herkömmlicher Kunst­stoff verarbeiten lässt – am Ende seines Lebenszyklus aber wieder in natürliche Kreisläufe zurückkehrt.

Das Besondere: RUBIO setzt auf Regionalität statt Import. Stroh oder Rückstände aus der Zuckerproduk­tion stammen aus heimischer Landwirtschaft. Diese Bio­masse wird aufgeschlossen und mithilfe von Mikroorga­nismen biotechnologisch zu Monomeren umgewandelt. Aus den Monomeren werden am Fraunhofer IAP völlig neuartige PBS-Typen synthetisiert. Der Prozess wurde am Fraunhofer-Pilotanlagenzentrum PAZ in Schkopau bereits in den 100-Kilogramm-Maßstab übertragen. »Wir fangen mit Stroh an und enden bei Produkten des alltäglichen Lebens – das ist wie aus Stroh Gold spinnen«, sagt Dr. Antje Lieske vom Fraunhofer IAP. Das vom September 2021 bis Au­gust 2024 laufende Projekt ist inzwischen abgeschlos­sen. Viele der entwickel­ten Verfahren und Pro­dukte werden in neuen Forschungsvorhaben und Kooperationen fortgeführt.

Entstanden sind erste marktfähige An­wendungen: Verpa­ckungsfolien, recycelba­re Monomaterialbeutel, Vliesstoffe für Textilien oder Papierbeschichtungen. Sie hielten den Praxistests in mo­dernen Maschinen stand – von Reiß­festigkeit über Barrierewirkung bis zur Verarbeitbarkeit. Der Weg dahin war nicht ohne Hürden: Reinheit der Rohstoffe, Verarbeitungsstabi­lität, Oberflächenfehler – immer wieder mussten die For­schenden nachjustieren. Doch der Aufwand lohnt: RUBIO hebt den Biokunststoff PBS nicht nur auf ein neues Niveau, vielmehr liefert es auch einen Proof of Concept für die Kreislaufwirtschaft – weniger CO₂, weniger fossile Roh­stoffe, mehr regionale Wertschöpfung. Und es zeigt, dass das Pozential von biobasierten Materialien wächst – wenn Wissenschaft und Industrie eng zusammenarbeiten.

Weitere Informationen

Fraunhofer-Verbund Ressourcentechnologien und Bioökonomie VRB

Der Fraunhofer-Verbund Ressourcentechnologien und Bioökonomie VRB entwickelt biotechnologische, verfahrenstechnische, zirkuläre und systemische Lösungen für ein verantwortungsvolles Management unserer Ressourcen und deren Nutzung. Dies umfasst die Rohstoff- und Energieversorgung, den Klima- und Umweltschutz sowie Sicherstellung von Ernährung und Gesundheit.

Fraunhofer Cluster of Excellence Circular Plastics Economy CCPE

Die beteiligten sechs Fraunhofer-Institute zeigen am Beispiel Kunststoff auf, wie Energie- und Materialströme einer Wertstoffkette in eine zirkuläre Wirtschaftsform überführt werden können. Dazu werden spezielle Systemleistungen mit und für die Kunststoffindustrie einschließlich der an sie angeschlossenen Konsumgüter- und Handelsunternehmen und der Kreislaufwirtschaft entwickelt.

Pilotanlagenzentrum PAZ in Schkopau

Das Pilotanlagenzentrum in Schkopau bietet Industriepartnern eine leistungsfähige Umgebung, um neue Polymerprodukte und Prozesse effizient vom Labor in den Pilotmaßstab zu überführen.

Als gemeinsame Einrichtung zweier Fraunhofer-Institute bündeln wir unsere Expertisen im Bereich Polymersynthese (Fraunhofer IAP) und Polymerverarbeitung (Fraunhofer IMWS). Wir verbinden fundierte Materialexpertise mit einer umfangreichen Infrastruktur, die industrielle Anforderungen frühzeitig berücksichtigt. 

 

Fraunhofer-Magazin
3/2025

Titelthema: Tür auf! Neue Wege für die Medizin | u.v.m.