Das Projekt "VP-3.2./BioWPC" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Holztechnologie Dresden gemeinnützige GmbH durchgeführt. Holz-Polymer-Werkstoffe werden gegenwärtig mit Nadelholz-Holzmehl und Polyolefinen (vorwiegend PE; PP) produziert. Durch den seit vielen Jahren laufenden Waldumbau wird das Nadelholz zukünftig nicht mehr ausreichend zur Verfügung stehen, dafür erhöht sich das Laubholzaufkommen. Buchenholzfasern werden für Holz-Polymer-Werkstoffe bisher nicht eingesetzt, daher ist die technologische Realisierbarkeit eines solchen Prozesses in enger Zusammenarbeit mit den Verbundpartnern nachzuweisen. Die Innovation des Verbundprojektes besteht darin, Verbundwerkstoffe aus 100Prozent nachwachsenden Rohstoffen mit deutlich verbesserten Eigenschaften gegenüber herkömmlichen Holz-Polymer-Werkstoffen (WPC) für konstruktive Anwendungen zu generieren. Der Hauptschwerpunkt im IHD gemeinnützige GmbH besteht in der Herstellung von Faserstoffen und - Spänen, vorrangig aus Buchenholz, unter Anwendung verschiedener Aufschlussbedingungen, Untersuchungen zur Zugabe von Additiven beim Zerfaserungsprozess sowie Prüfungen an produzierten Elementen. Nach der Optimierung von Vorzugsvarianten in Anlagenversuchen bei dem beteiligten Projektpartner sind die Ergebnisse direkt für die Industrie nutzbar. Das Teilvorhaben bildet eine Basis für die weiteren Schritte im Verbundvorhaben. Nur durch die maßgeschneiderte Bereitstellung entsprechender Partikel (Späne, Holzmehl, Fasern) und die Messung der geeigneten Parameter und den Bezug dieser zu den technologischen Kenngrößen ist eine optimale Einstellung der Prozesse möglich.
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Herstellung der Fasern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Rosenheim, Zentrum für Forschung, Entwicklung und Transfer durchgeführt. Gesamtziel des grundsätzlichen Forschungsvorhabens ist die Grundlagenforschung zum Einsatz von Holzmehl und Holzfasern zur Verstärkung von Kunstoffen zur Erzeugung von Holz-Kunststoffgeweben/- gelegen für den Ersatz von Stahlbewehrungen in Beton. Im Rahmen der Grundlagenforschung geht es zum einen um eine detaillierte Werkstoffentwicklung und -charakterisierung mit umfassender Kennwertermittlung des Hybridwerkstoffes Holz/ Kunststoff mit der großen Herausforderung hochgefüllte, hochfeste Filamente zu spinnen, welche zu hochfesten Geweben/ Gelegen verwoben werden. Zum anderen entsteht hier ein Produkt, welches in der Anwendung Betonbau auch unter Langzeitbetrachtung getestet und die Kompatibilität bzw. das Grenzflächenverhalten zwischen den Werkstoffen Holz/ Polymer/ Beton unter realen Bedingungen und Umwelteinflüssen ermittelt werden soll. Da dieses Gesamtziel sehr risikobehaftet ist, ist es sinnvoll, eine 1 1/2 jährige Machbarkeitsstudie durchzuführen. Hier gilt es mögliche Schwierigkeiten vorab zu erkennen und zu lösen, so dass eine Risikominimierung für einen Großantrag erlangt wird. Der Fokus der Machbarkeitsstudie liegt dabei zum einen auf dem Eincompoundieren von Holzmehl und Holzfasern in eine Kunststoffmatrix. Zum anderen auf dem anschließenden Nachweis einer Verstreckbarkeit und Verspinnbarkeit. Bei den hergestellten Filamenten ist die Ermittlung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Festigkeit, und ein Vergleich mit Stahlfasern ausschlaggebend. Ist ein solcher Vergleich mit annähernden Werten gegeben, ist daraus ein Muster eines Geleges/ Gewebes als Alternativbewehrung herzustellen.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Herstellung und Prüfung der textilen Flächengebilde" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Kaiserslautern, Campus Pirmasens, Institut für Kunststofftechnik Westpfalz durchgeführt. Gesamtziel des grundsätzlichen Forschungsvorhabens ist die Grundlagenforschung zum Einsatz von Holzmehl und Holzfasern zur Verstärkung von Kunstoffen zur Erzeugung von Holz-Kunststoffgeweben/-gelegen für den Ersatz von Stahlbewehrungen in Beton. Im Rahmen der Grundlagenforschung geht es zum einen um eine detaillierte Werkstoffentwicklung und -charakterisierung mit umfassender Kennwertermittlung des Hybridwerkstoffes Holz/ Kunststoff mit der großen Herausforderung hochgefüllte, hochfeste Filamente zu spinnen, welche zu hochfesten Geweben/ Gelegen verwoben werden. Zum anderen entsteht hier ein Produkt, welches in der Anwendung Betonbau auch unter Langzeitbetrachtung getestet und die Kompatibilität bzw. das Grenzflächenverhalten zwischen den Werkstoffen Holz/ Polymer/ Beton unter realen Bedingungen und Umwelteinflüssen ermittelt werden soll. Da dieses Gesamtziel sehr risikobehaftet ist, ist es sinnvoll eine 1 1/2 jährige Machbarkeitsstudie durchzuführen. Hier gilt es mögliche Schwierigkeiten vorab zu erkennen und zu lösen, so dass eine Risikominimierung für einen Großantrag erlangt wird. Der Fokus der Machbarkeitsstudie liegt dabei zum einen auf dem Eincompoundieren von Holzmehl und Holzfasern in eine Kunststoffmatrix. Zum anderen auf dem anschließenden Nachweis einer Verstreckbarkeit und Verspinnbarkeit. Bei den hergestellten Filamenten ist die Ermittlung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Festigkeit, und ein Vergleich mit Stahlfasern ausschlaggebend. Ist ein solcher Vergleich mit annähernden Werten gegeben, ist daraus ein Muster eines Geleges/ Gewebes als Alternativbewehrung herzustellen.
Das Projekt "Potential und Dynamik der Kohlenstoffsequestrierung in Wald & Holz (CSWH)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt, Lehrstuhl für Waldwachstumskunde durchgeführt. Hauptziel des Projektes ist, vor dem Hintergrund der geänderten gesellschaftlichen Ansprüche an die Nutzung von Wäldern und der Bedeutung von Wäldern im globalen Kohlenstoffkreislauf einen Beitrag zur Verbesserung der Entscheidungsgrundlagen zu leiten, Potenziale der C-Sequestrierung unter verschiedenen Szenarien aufzuzeigen, Zielkonflikte mit der Gewährleistung von etablierten Nachhaltigkeitskriterien zu umreißen sowie Hilfestellung für die forstliche Planung und Waldbewirtschaftung zu geben. In einem sektorübergreifenden Ansatz, der Waldbewirtschaftung und Holznutzung einbezieht, wird das Potenzial von Wäldern und Holzprodukten zur C-Sequestrierung und zur Substitution fossiler Energieträger sowie produzierter Werkstoffe unter verschiedenen, modellgestützten Szenarien (Klimawandel, Wirtschaftsziele, Standort- und Waldtypen) quantitativ abgeschätzt. Die Modellierung der C-Vorräte in ober-/unterirdischer Biomasse sowie im Boden wird an virtuellen Forstbetrieben als Demonstrationsobjekte implementiert und die Szenarien für die Waldbewirtschaftung werden anhand der paneuropäischen Kriterien für nachhaltige Waldwirtschaft bewertet und zusammen mit den übrigen Szenarien einer betriebs- und volkswirtschaftlichen Bewertung unterzogen. Daraus werden Handlungsoptionen für Forstwirtschaft, Holzindustrie, Gesellschaft und Umweltpolitik abgeleitet. Die Aufgabe des Lehrstuhls für Waldwachstumskunde ist dabei, aufbauend auf den Kenndaten von virtuellen Forstbetrieben die in der Baumbiomasse gespeicherten C-Vorräte zu quantifizieren. Auf dieser Basis werden Bewirtschaftungs- und Klimaszenarien für die Modellbetriebe gerechnet, aus denen die C-Dynamik der Betriebes hervorgeht, die sich aus dem Zusammenwirken von biologischen Wachstumsprozessen und Holzerntemaßnahmen ergibt. Da die Szenarien nicht nur Informationen zum Kohlenstoff bereitstellen, sondern auch zu übrigen forstwirtschaftlich relevanten Kennwerten, wie z.B. Holzsortimentsaufkommen, können Managementoptionen und die daran gekoppelten Reaktionen des Waldes als Kohlenstoffspeicher in idealer Weise verbunden werden. Als Werkzeug, das sich zur Berechnung solcher Szenarien eignet, werden das ökophysiologische Wachstumsmodell BALANCE und das managementorientierte Waldwachstumsmodell SILVA miteinander gekoppelt.
Das Projekt "Enzyme für den Aufschluss von lignocellulosehaltiger Biomasse und Produktion von Zuckern (C6, C5) sowie Wertstoffen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungsinstitut Bioaktive Polymersysteme biopos e.V. Forschungsstandort Teltow-Seehof durchgeführt. Die Aufgabenstellung des Projektes beinhaltete den Einsatz und die Bewertung von in Russland entwickelten und hergestellten Enzymen zum hydrolytischen Abbau von Cellulosen und Hemicellulosen in gemahlenem Holz. Gleichzeitig war die Annahme zu prüfen, ob die Mahlung von Holz eine für den enzymatischen Aufschluss geeignete Vorbehandlungsmethode darstellt. Der Kooperationspartner: A.N. Bach Biochemie Institut der Russischen Akademie der Wissenschaften, lieferte sowohl die gemahlenen Holzproben als auch die zu testenden Enzyme als Enzympulver. Zum Vergleich wurden Flüssigenzyme eingesetzt, mit denen das FI Biopos bereits über Erfahrungen verfügt. Zunächst erfolgte eine grundsätzliche Einordnung der Holzrohstoffe in die Bioraffineriesysteme und die Erarbeitung einer Analytik der inhomogenen biogenen Materialien in Rückkopplung mit dem Kooperationspartner. Eine Analytische Bestimmung der Zusammensetzung der Holzbiomasse nach NREL-Methoden wurde ausgearbeitet und enzymatische Hydrolysen incl. Auswertung durchgeführt.
Das Projekt "Verarbeitung von faserhaltigen Reststoffen des Papierproduktionsprozesses in naturfaserverstärkten Kunststoffen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Holz- und Papiertechnik, Professur für Papiertechnik durchgeführt. Ausgangssituation/Problemstellung: Bei der Altpapieraufbereitung fallen gemäß der Rückstandsumfrage 2013 des Verbandes Deutschen Papierfabriken e. V. (vdp) und der Papiertechnischen Stiftung (PTS) pro Jahr feuchte, faserhaltige Rückstände von ca. 3 Mio. Tonnen an. Sie werden bisher zumeist energetisch verwertet oder in der Zement- und Ziegelherstellung eingesetzt. Die Verbrennung verursacht vor allen in kleinen und mittelgroßen Papierfabriken, die über keine eigenen Feuerungsanlagen für die energetische Reststoffverwertung verfügen, erhebliche Entsorgungskosten. Gleichzeitig wächst der Markt für Produkte aus naturfaserverstärkten Kunststoffen (NFK) kontinuierlich. Wood Polymer Composites (Abkürzung: WPC, deutsch: Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe) sind dabei eine relativ große Untergruppe. Für WPC wird vorranging Holzmehl als Ressource für die benötigten Naturfasern eingesetzt. Aufgrund der steigenden Nachfrage nach biogenen Energieträgern und damit auch nach Pellets aus Holzmehl verteuert sich der Rohstoff zusehends. Forschungsziel/Forschungsergebniseide Entwicklungen bewegen die Professur für Papiertechnik der TU Dresden dazu, dem Forschungsansatz nachzugehen, inwieweit faserhaltige Reststoffe aus der Altpapieraufbereitung als Ersatz für Holzmehl bei der Herstellung von NFK/WPC eingesetzt werden können. Ebenfalls sollen die For-schungsarbeiten einen Beitrag zum effizienten Umgang mit Ressourcen liefern und umweltpolitische Zielstellungen wie die verstärkte Kaskadennutzung biogener Rohstoffe sowie den Vorrang des Recycling vor der energetischen Verwertung unterstützen. Sowohl Fangstoffe aus der Feinsortierung bei der Kartonherstellung als auch Deinkingschlämme, die bei der Druckfarben-entfernung für die Herstellung grafischer Papiere anfallen, werden für den Einsatz in Kompositen mit thermoplastischer Matrix getestet. Die Eigenschaften der in den Reststoffen enthaltenen Fasern sind mit denen von Holzmehl vergleichbar, wobei die Fasern der Reststoffe wegen ihres günstigeren Schlankheitsgrads (Längen-/Dickenverhältnis) hinsichtlich der Verstärkungswirkung Vorteile aufweisen. Die bereits hergestellten Komposite aus behandelten Reststoffen der Papierherstellung und Kunststoffen werden als Paper Polymer Composites (PPC) bezeichnet. Ziel des Projektes ist es, das im Labormaßstab erprobte Verfahren zur Herstellung von PPC auf eine industrielle Produktionskette zu adaptieren. Hierfür soll vor allem die Schnittstelle zwischen Papierherstellung und Kunststoffverarbeitung im Vordergrund stehen, an der eine dosierbare, aus Reststoffen der Papierindustrie gewonnene Faserstoffkomponente an die Kunststoffverarbeitung übergeben wird. Aufbauend auf den Erfahrungen bereits durchgeführter Untersuchungen soll die für die Weiterverarbeitung entscheidende Dosierbarkeit mittels einer geeigneten Pelletierung der Faserkomponente sichergestellt werden.
Das Projekt "Kostengünstige, umweltgerechte Materialien aus biotechnisch gewonnenen Polymeren und Recyclingprodukten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Ulm, Institut für Organische Chemie III, Makromolekulare Chemie und Organische Materialien, Arbeitsgruppe Chemische Funktionen in Biosystemen durchgeführt. Zielsetzung und erste Arbeiten:Poly-(R)-3-hydroxybutyrat (PHB). ein Polymeres, das aus nachwachsenden Rohstoffen biotechnisch produziert und weitgehend dem Anspruch der Nachhaltigkeit gerecht wird, weist allerdings als Werkstoff auf Grund hoher Kristallinität erhebliche Nachteile auf. Diese wurden im Verlauf einer Machbarkeitsstudie überwunden, indem Copolyesterurethane (PEU) aus PHB-diol - Blöcken und aus einer bio-abbaubaren Makro-diol Co-komponente segmentweise aufgebaut und mit Diisocyanat verknüpft wurden. Die entstehenden zäh/ei.astischen, ähnlich wie PHB leicht bioabbaubaren Materialien wurden durch Synthese von Kompositen mit kostengünstigem, möglichst sortenreinem Recycling-Material von den Herstellungskosten her in einen Bereich abgesenkt, der in der Größenordnung von Erdölbasierten Kunstoffen liegt.Ergebnisse:Im nachfolgenden Projekt wurde das Syntheseverfahren auf umweltgerechte Katalysatoren und Lösemittel-Kombinationen ausgerichtet. Eine Pilotproduktion im 100 kg-Maßstab wurde durch Verzahnung der beiden Verfahrensstufen miteinander und mit der Lösemittel-Rückgewinnung rationalisiert; sie ergab 111 kg PEU (96 Prozentd. Th.).Kompositmaterialien mit Recycling-Celluloseacetat führten nur bedingt zur Eigenschaftsverbesserung. Dagegen ergab sich durch Einarbeiten von Naturfasern, wie Flachs oder Holzmehl (Projektpartner IAF, Reutlingen), eine Verstärkung der mechanischen Stabilität um fast 100Prozent. Die Stoffrichtung der Entwicklung wurde im Hinblick auf den Projektpartner LAWAL auf Spritzgussverarbeitung festgelegt. Hierzu wurde ein Marketing-Konzept erarbeitet, das u. a. Bedarf im Bereich von Verschlusselementen und in der Möbelindustrie feststellt. Begrenzend sind allerdings Probleme mit dem Ausgangsmaterial PHB: dessen Produktionskapazitäten sind zu klein, die Qualität ist wechselnd, eine Konkurrenzsituation. die sich auf den Preis auswirken könnte, ist noch nicht erkennbar. Eine Ökobilanz-Betrachtung, gegenüber PVC, ergibt auf Basis einer vergleichenden Wirkabschätzung nach CML einen eindeutigen Vorteil des PEU in den Wirldcategorien Treibhauseffekt, Ozonabbau, Bildung vonPhotooxidantien, Versauerung, Eutrophierung. Ressourcenverbrauch, Humantoxizität und Ökotoxizität.Neue Ergebnisse lassen auf gleicher Basis einen Bio-Werkstoff '2. Generartion'erwarten, bei dem PEU nur noch als Additiv zu PHB-co-HV verwendet wird. Erste mechanische Untersuchungen ergeben nach Füllen mit Flachs oder Holzmehl Zug- oder Biegefestigkeiten. die mit Hochdichte-Polyethylen oder Polypropylen vergleichbar sind.Zusammenfassung:Bio-Polyester-urethane (PEU) erfüllen weitgehend alle Voraussetzungen eines optimalen Biowerkstoffs: Das Material basiert überwiegend auf nachwachsendem Rohstoff und ermöglicht ein breites Temperaturfenster für die thermoplastische Verarbeitung. Die mechanischen Eigenschaften lassen sich in weiten Grenzen variieren. Durch Einarbeiten von kostengünstigen Fasermaterialien ergeben sich Komposite, usw.
Das Projekt "Teilvorhaben 5d: Entwicklung von Dosiersystemen und Componderkonfigurationen für optimierte Compoundierprozesse mit ganzpflanzenbasierten Naturfasern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ULT AG durchgeführt. Zielstellung des Teilprojekt 5 ist die Entwicklung eines neuen Dosierkonzepts für schwer dosierbare Naturfasern für die Compoundierung in einem Doppelschneckenextruder. Damit soll ein kontinuierlicher und homogener Fasereintrag, der entscheidend für einen gleich bleibende Qualität des Compounds ist, gewährleisten werden. Eine aufwendige Transformation des Faserguts in einer Zwischenstufe, die zu nachteiligen Compoundeigenschaften und hohen Kosten führt, soll vermieden werden. Folgende Arbeitsschritte sind geplant: Entwicklung einer universalen Faserdoserdosiervorrichtung für verschiedene Naturfasern vom Holzmehl bis zur hoch aufgeschlossenen Langfaser; Verbesserung der Dispergierung und Homogenisierung, insbesondere der Vermeidung von Faserschädigungen durch thermische Spitzen in den Scher- und Mischbereichen und Fasereinkürzungen; Trocknung oder Entgasung der Naturfaserwährend der Copoundierung; Entwicklung neuer Schneckenelemente zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Naturfasercompounds; Untersuchung der Integration von flammhemmenden Stoffen und deren Wirkung im Naturfasercomound zur Erzielung bestimmter Brandschutzklassen.
Das Projekt "Teilvorhaben 5b: Entwicklung von Dosiersystemen und Compounderkonfigurationen für optimierte Compoundierprozesse mit ganzpflanzenbasierten Naturfasern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von KraussMaffei Technologies GmbH durchgeführt. Zielstellung des Teilprojekt 5 ist die Entwicklung eines neuen Dosierkonzepts für schwer dosierbare Naturfasern für die Compoundierung in einem Doppelschneckenextruder. Damit soll ein kontinuierlicher und homogener Fasereintrag, der entscheidend für einen gleich bleibende Qualität des Compounds ist, gewährleisten werden. Eine aufwendige Transformation des Faserguts in einer Zwischenstufe, die zu nachteiligen Compoundeigenschaften und hohen Kosten führt, soll vermieden werden. Folgende Arbeitsschritte sind geplant: Entwicklung einer universalen Faserdosiervorichtung für verschiedene Naturfasern vom Holzmehl bis zur hoch aufgeschlossenen Langfaser; Verbesserung der Dispergierung und Homogenisierung, insbesondere der Vermeidung von Faserschädigungen durch thermische Spitzen in den Scher- und Mischbereichen und Fasereinkürzungen; Trocknung oder Entgasung der Naturfaser während der Copoundierung; Entwicklung neuer Schneckenelemente zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Naturfasercompounds; Untersuchung der Integration von flammhemmenden Stoffen und deren Wirkung im Naturfasercomound zur Erzielung bestimmter Brandschutzklassen. Das Teilprojekt bildet eine Brücke vom Kurzfaserrohstoff aus Teilprojekten2 und 3 zum Granulathalbzeug für die Verarbeitung in der Spritzgießtechnik und stellt somit einen wichtigen Prozessschritt in der Verarbeitungslinie Spritzguss dar. Mit der Dosierung, Compoundierung und weiteren Spritzgießverarbeiten soll eine Technologie entwickelt werden, einheimischen Naturfaserrohstoff für Großserienbauteile zu nutzen und deren Anwendungsgebiete durch eine geschlossenen Prozesskette sowie einer wirtschaftlichen Herstellung erheblich zu erweitern.
Das Projekt "Teilvorhaben 5c: Entwicklung von Dosiersystemen und Compounderkonfigurationen für optimierte Compoundierprozesse mit ganzpflanzenbasierten Naturfasern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Chemnitz, Institut für Strukturleichtbau (IST), Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung durchgeführt. Zielstellung des Teilprojekt 5 ist die Entwicklung eines neuen Dosierkonzepts für schwer dosierbare Naturfasern für die Compoundierung in einem Doppelschneckenextruder. Damit soll ein kontinuierlicher und homogener Fasereintrag, der entscheidend für einen gleich bleibende Qualität des Compounds ist, gewährleisten werden. Eine aufwendige Transformation des Faserguts in einer Zwischenstufe, die zu nachteiligen Compoundeigenschaften und hohen Kosten führt, soll vermieden werden. Folgende Arbeitsschritte sind geplant: Entwicklung einer universalen Faserdoserdosiervorichtung für verschiedene Naturfasern vom Holzmehl bis zur hoch aufgeschlossenen Langfaser; Verbesserung der Dispergierung und Homogenisierung, insbesondere der Vermeidung von Faserschädigungen durch thermische Spitzen in den Scher- und Mischbereichen und Fasereinkürzungen; Trocknung oder Entgasung der Naturfaser während der Copoundierung; Entwicklung neuer Schneckenelemente zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Naturfasercompounds; Untersuchung der Integration von flammhemmenden Stoffen und deren Wirkung im Naturfasercomound zur Erzielung bestimmter Brandschutzklassen. Das Teilprojekt bildet eine Brücke vom Kurzfaserrohstoff aus Teilprojekten2 und 3 zum Granulathalbzeug für die Verarbeitung in der Spritzgießtechnik und stellt somit einen wichtigen Prozessschritt in der Verarbeitungslinie Spritzguss dar. Mit der Dosierung, Compoundierung und weiteren Spritzgießverarbeiten soll eine Technologie entwickelt werden, einheimischen Naturfaserrohstoff für Großserienbauteile zu nutzen und deren Anwendungsgebiete durch eine geschlossenen Prozesskette sowie einer wirtschaftlichen Herstellung erheblich zu erweitern.
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