Nanomaterialien - GreenTech Germany

Produkte und Anwendungen mit hohem Nachhaltigkeitspotenzial 105
7.3.2 Spezifizierung der Zellulose-Nanokomposite und Modellierungsannahmen
Vor dem Hintergrund der oben beschriebenen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten
kann davon ausgegangen werden, dass Nanozellulose (hier: MFC) als
ernst zu nehmendes Substitut von herkömmlichen Verstärkungsmaterialien bei
ausgewählten Kompositwerkstoffen zur Verfügung stehen wird. Kurz- bis mittelfristig
erscheint angesichts der mechanischen Eigenschaften u. a. die Substitution
von Glasfasern in Epoxidharzsystemen interessant. Daher soll im Rahmen
der Quantifizierung der Umweltentlastungspotenziale dieser Anwendungsbereich
von Zellulose-Nanokompositen exemplarisch herausgegriffen und im Rahmen
einer orientierenden Bilanzierung der CO 2 -Fussabdruck ermittelt werden.
Als Ausgangsmaterial für die Herstellung von MFC wird gebleichter Frischfaser-
Sulfitzellstoff (auf Holzbasis) angenommen. Dabei handelt es sich um eine
konservative Annahme, da in den aktuellen Forschungs- und Entwicklungsprojekten
auch Lebensmittelabfälle bzw. Reststoffe aus der Papierherstellung als
Input untersucht werden.
Bezüglich der Extraktion der Zellulosefibrillen aus dem Ausgangsmaterial wird
der von Innventia entwickelte Homogenisierungsprozess mit mechanischer und
enzymatischer Vorbehandlung angenommen, so wie er in der oben beschriebenen
Pilotanlage im Technikmassstab bereits zur Verfügung steht. Der Energiebedarf
des Prozesses wird seitens Innventia mit 0,5 kWh/kg Nanozellulose
beziffert (Innventia o.J; Klemm et al. 2011). In erster Näherung wird von einer
Nanozellulose-Ausbeute von 90 Prozent ausgegangen, da Sulfitzellstoff fast
vollständig (> 90 Prozent) aus Zellulose besteht. Auf die modelltechnische Abbildung
der Enzymbereitstellung wird aufgrund der sehr geringen Einsatzmenge
(Konzentration geringer als 0,1 Prozent, vgl. Siró und Plackett 2010) verzichtet.
Weiterhin wird angenommen, dass die so hergestellte Nanozellulose (MFC) die
derzeit marktüblichen Glasfasern 1:1 ersetzen kann, d. h., ein Kilogramm Nanozellulose
substituiert ein Kilogramm Glasfasern. Die Polymermatrix, in der die
Fasern eingebracht werden, soll aus Epoxidharz bestehen; aufgrund der Tatsache,
dass diese in beiden Vergleichssystemen benötigt wird, wird auf eine Modellierung
an dieser Stelle verzichtet. Der Vergleich bezieht sich somit ausschliesslich
auf die Herstellung von Nanozellulose versus Glasfaser. Auf allfällige
Vorzüge der Nanozellulose im End-of-Life-Bereich (z. B. Energiegutschrift bei der
Kehrichtverbrennung) wird im Rahmen der orientierenden Untersuchung verzichtet,
wobei es sich hierbei um eine weitere konservative Annahme handelt.
TA-Swiss (Hrsg.): Nanomaterialien © vdf Hochschulverlag 2013