elements32 - Evonik Industries

elements32
S c i e n c e n e w S l e t t e r
e v o n i k M e e t S S c i e n c e 2 0 1 0
Die Zukunft der Energie
3 0 3 1 3 3 2 0 1 0
D e S i G n i n G w i t H P o l Y M e r S
Additive Manufacturing: digitale Schichtarbeit
c o A t i n G & B o n D i n G t e c H n o l o G i e S
Percarbonat: das umweltfreundliche
Bleichmittel für Wachstumsmärkte

Patrik Wohlhauser
vorsitzender der
Geschäftsführung der
evonik Degussa GmbH
e D i t o r i A l
chancen nutzen
Unser Projekthaus Functional Films & Surfaces hat seine Arbeit erfolgreich beendet und alle Projekte
an die operativen Bereiche abgegeben. Ursprünglich hatte sich das Team vorgenommen, elf The men
zu bearbeiten, doch schnell war klar, dass sich vier davon nicht sinnvoll realisieren ließen. Manches
Projekt war zu forschungsintensiv für die zur Verfügung stehende Zeit, bei manchem war die patentrechtliche
Lage problematisch oder es wäre eine sehr hohe Investition notwendig gewesen. Die Projekt
hausforscher konzentrierten sich deshalb auf die sieben verbliebenen Themen und das Ergebnis
gibt ihnen recht: Einige Entwicklungen befinden sich bereits in der Markteinführung, andere stehen
unmittelbar davor.
Das Team war auch deshalb so erfolgreich, weil es seine Chancen richtig eingeschätzt und genutzt
hat. Ein Grundsatz, den wir auch beim Portfoliomanagement beherzigen: In der Chemie werden wir
konsequent in Wachstumsfelder investieren. Profitieren wollen wir insbesondere von den Megatrends
Ressourceneffizienz, Gesundheit und Ernährung sowie Globalisierung von Tech nologien. Hier sind
wir bereits heute in zahlreichen wichtigen Märkten führend und werden unsere guten Positionen
wei ter ausbauen.
Eine Paradebeispiel sind unsere Aminosäuren für die Tierernährung. Wer sie dem Tierfutter
zusetzt, sorgt nicht nur für eine ausgewogenere Ernährung der Tiere, sondern schont auch Res sourcen
und Umwelt. Das haben wir in einer Ökobilanz nachgewiesen, die der Technische Über wachungsverein
Rheinland, ein weltweit anerkannter, unabhängiger Gutachter, nun zertifiziert hat. Das Zertifikat
belegt, dass wir Umweltauswirkungen, Energie­ und Rohstoffverbrauch der Aminosäuren über
den gesamten Lebenszyklus sorgfältig und unvoreingenommen bilanziert haben. Die Ergeb nisse lassen
damit nur einen Schluss zu: Der Zusatz unserer Aminosäuren zum Tierfutter ist eine äußerst nachhaltige
Form, um Tiere gesund zu ernähren, die wachsende Weltbevölkerung mit Eiern, Milch und
Fleisch zu versorgen und dabei möglichst wenig Spuren in der Umwelt zu hinterlassen. Unsere Aminosäuren
sind damit eine Antwort auf den Megatrend Ernährung und Gesundheit und zugleich Treiber
einer positiven geschäftlichen Entwicklung und einer Steigerung des Unter nehmenswerts von Evonik.
Portfoliomanagement heißt aber auch, die richtigen Rahmenbedingungen zu schaffen, damit sich
die operativen Bereiche voll auf ihr Geschäft konzentrieren können. Ein wichtiger Ansatzpunkt hierbei
sind die für unseren Konzern lebensnotwendigen Infrastrukturdienstleistungen. Wie wichtig sie sind,
zeigen die Zahlen: In Deutschland und Antwerpen werden diese Dienstleistungen derzeit von rund
7.000 Mitarbeitern erbracht, die gemeinsam einen Umsatz von 1,6 Milliarden Euro bewegen. Zum 1. Oktober
werden wir die Standortservices zu einer Site­Service­Einheit bündeln, die auf gleicher Augenhöhe
neben den Geschäftsbereichen der Chemie steht – so können wir die Lei stungs potenziale dieser
Services besser nutzen und entlang den Markterfordernissen weiter entwickeln. Damit nutzen wir
auch hier die Chance auf Produktivität, nachhaltiges Wachstum und langfristig sichere Arbeits plätze.
elements32 | 2010 n e w S
inhalt
4 Neue Anlage zur Produktion von
Katalysatoren in Schanghai
4 Mehrheit an amerikanischem
Silicahersteller übernommen
5 Katalyse: Evonik baut Engagement
in Indien aus
5 Vorvertrag für Joint Venture zur Produktion
von Superabsorbern in Saudi-Arabien
licht effektvoll in Szene
gesetzt: Die leuchte
tulip.MGX von Mate rialise
weist filigrane Hohlstrukturen
auf, wie sie
nur durch Additive
Manu facturing erzeugt
werden können
(ab S. 18)
e vo n i k M e e t S S c i e n c e 2 0 1 0
6 Die Zukunft der Energie
i n n o vAt i o n M A n AG e M e n t
12 Projekthaus Functional Films & Surfaces:
Transferleistung als Maßstab des Erfolgs
n e w S
16 HyaCare® Filler CL – der topische Faltenglätter
16 PLEXIGLAS RESIST® AAA: neue
Stegplatte mit AntiAlgenAusstattung
17 nano+art-Wettbewerb –
Tag und Nacht im Zwergenreich
D e S i G n i n G w i t H P o lY M e r S
18 Digitale Schichtarbeit: Additive Manufacturing
birgt vor allem für die Kleinserienfertigung
ungenutztes Potenzial
H o c H S c H u l e
24 Dem Nachwuchs verpflichtet: 27 Mitarbeiter von
Evonik unterrichten derzeit an deutschen Hochschulen
coAt i n G & B i n D i n G t e c H n o lo G i e S
26 Hot Stamping: mit Sicherheit auffallen
28 Percarbonat: das umweltfreundliche Bleichmittel
für Wachstumsmärkte
36 t e r M i n e u n D i M P r e S S u M
elements32 evonik science newsletter

+++ Evonik Industries baut in Asien Kapazitäten für Spezialkunststoffe aus
evonik industries, bereits heute einer der weltweit führenden
Anbieter von Produkten der Methacrylatchemie, baut seine Produktionskapazitäten
für PMMA­Formmassen in den Anlagen im
Süden von Schanghai (china) und in taichung (taiwan) aus.
Außer dem erweiterte evonik seine kapazität für Methacrylsäure
im Großkomplex MAtcH in Schanghai, der erst vor neun Monaten
in Betrieb genommen wurde. „wir wollen insbesondere da
wachsen, wo sich die Märkte überdurchschnittlich entwickeln.
wir verzeichnen für unser kunststoffgeschäft in Asien attraktive
wachs tumsraten. Deshalb investieren wir schnell und konsequent
in die erweiterung unserer Anlagen“, erklärte Dr. klaus engel,
vor standsvorsitzender der evonik industries AG.
Die 2007 in taichung in Betrieb genommene Anlage produziert
in einem Joint venture, der evonik Forhouse optical Polymers
corporation, bisher 40.000 tonnen PleXiGlAS® Form­
Die in Schanghai produ-
zierten PLEXIGLAS®
Form massen werden unter
anderem in die Automobilbranche
in Asien geliefert.
Die Spezialformmasse
PLEXIGLAS® CoolTouch®
beispielsweise eignet sich
aufgrund ihrer Wärme
reflektierenden Wirkung
für Anwendungen im
Dachbereich
+++ Neue Anlage für Wirkstoffproduktion in China
evonik hat in china eine Anlage zur Herstellung von pharmazeutischen
wirkstoffen in Betrieb genommen. Sie wird unter anderem
den chinesischen Markt versorgen und hat eine kapazität von
70 kubikmetern, die bei Bedarf verdoppelt werden kann. Die Anlage
in nanning in der Provinz Guangxi wurde in Zusammenarbeit
mit einem europäischen Pharmaunternehmen errichtet, für das
evonik im rahmen eines langjährigen liefervertrags verschiedene
wirkstoffe entsprechend den wichtigen Qualitäts siche rungsrichtlinien
der Pharmaindustrie cGMP (current Good Manu fac turing
Practices) produzieren wird.
errichtet wurde die Anlage in nur 15 Monaten. „Das war nur
möglich durch die hervorragende unterstützung der regierung
der autonomen Provinz Guangxi, der Stadt nanning und des
kreises wuming“, betonte Dr. Hans­Josef ritzert, leiter des Geschäftsgebiets
exclusive Synthesis & Amino Acids, bei der offiziellen
inbetriebnahme, an der neben chinesischen Politikern auch
elements32 evonik science newsletter
news
mas sen pro Jahr für lichtleiterplatten (light Guide Panels), die in
Flachbildschirmen eingebaut werden. vor allem in Asien verzeichnen
diese Flachbildschirme eine deutlich steigende nachfrage.
Bereits im zweiten Quartal 2011 soll die Anlagenerweiterung
von weiteren 20.000 tonnen pro Jahr in taichung den Betrieb
aufnehmen.
Die PMMA­Anlage in Schanghai stellt in der ersten Aus baustufe
seit november 2008 rund 18.000 tonnen pro Jahr her. Die
Produkte werden als umfassendes Sortiment an PleXiGlAS®
Formmassen in die unterschiedlichen industriezweige wie zum
Beispiel die Automobil­, Beleuchtungs­ und elektronikbranche in
Asien geliefert. Auch in diesen Marktsegmenten ist die nachfrage
nach PleXiGlAS® Formmassen deutlich gestiegen, so dass auch
die geplante zweite Ausbaustufe von weiteren 18.000 tonnen
pro Jahr nun beschleunigt fertig gestellt wird. Der Start der erweiterten
Produktionskapazitäten ist für
das zweite Halbjahr 2011 geplant. Darüber
hinaus hat evonik in Schanghai in der
Großanlage MAtcH die Produktions kapa
zität für Methacrylsäure auf 25.000 tonnen
ausgebaut. Die erweiterte kapazität
ging im Mai 2010 in Betrieb.
evonik industries setzt mit diesen
Schritten seine Serie von investitionen in
Asien weiter fort: vor rund neun Monaten,
im november 2009, hatte der konzern in
Schanghai die Arbeiten am Großkomplex
MAtcH für kunststoffe, kunststoffvorprodukte
und lacksysteme weitgehend
vollendet und die 250 Millionen euro teure
Anlage in Betrieb genommen. Dies war
die größte investition des konzerns in
china.
kunden aus aller welt teilnahmen. evonik ist bereits seit 2001 in
nanning aktiv – zunächst als Partner in einem Joint venture und
seit 2005 als alleiniger inhaber dieses unternehmens, das seither
als evonik rexim (nanning) Pharmaceuticals co. ltd. firmiert und
cGMP­konforme Aminosäuren und Aminosäurederivate durch
biotechnologische verfahren produziert. Mit der neuen Anlage
zur wirkstoffproduktion verfügt evonik nun über ein weiteres
starkes Standbein in nanning.
„Die neue Anlage ist Ausdruck unserer Strategie der horizontalen
integration“, sagte ritzert. Der Begriff horizontale inte gration
steht für ein netzwerk aus westlichen (europa, nafta) und
asiatischen Produktionsstandorten, mit dem evonik den kunden
maßgeschneiderte, exklusive lösungen entlang der gesamten
wert schöpfungskette von Pharmawirkstoffen bietet. „Mit dieser
Anlage werden wir unsere Position als leistungsstarker Partner in
der exklusivsynthese weiter festigen“, so ritzert.
3

+++ Neue Anlage zur Produktion von Katalysatoren in Schanghai
evonik industries hat in Schanghai (china) im Juni 2010 eine neue
Anlage zur Produktion von edelmetallpulverkatalysatoren offiziell
in Betrieb genommen. Die in der Anlage hergestellten kata lysatoren
kommen in der Pharma­, Fein­ und industriechemie zum
einsatz, um beispielsweise vitamine und Pharmawirkstoffe oder
vorprodukte für Polyurethane herzustellen, die unter anderem zu
Schäumen für Autositze und zur isolierung von kühlschränken
verarbeitet werden. Zahlreiche kunden und Behördenvertreter
nahmen an der eröffnungsfeier teil. evonik ist weltweit führend
bei edelmetallpulverkatalysatoren und betreibt außer der Anlage
in Schanghai noch vier weitere Produk tions standorte in Hanau
(Deutschland), tsukuba (Japan), Americana (Brasilien) und
calvert city (kentucky, uSA).
„Mit der neuen Anlage können wir nun auch den chinesischen
Markt direkt aus lokaler Produktion versorgen“, sagte Dr. wilfried
eul, leiter des Geschäftsgebiets catalysts von evonik. Der Standort
Schanghai bietet hierfür ideale Bedingungen, da er in unmittelbarer
nähe zu den Provinzen Jiangsu und Zhejiang liegt, wo
zahlreiche Pharma­ und Feinchemieunternehmen ansässig sind.
Die nähe zu den kunden ermögliche es, Produkte und Services
optimal auf die Bedürfnisse der chinesischen industrie auszurichten.
„Damit können wir noch stärker am überdurchschnittlichen
wachstum des chinesischen Pharma­ und Feinchemiemarkts teilhaben
und unsere Marktposition weiter ausbauen“, so eul.
evonik komplettiert damit nun auch in china den Service von
der Bemusterung über die Anwendungstechnik bis hin zur
Produktion der katalysatoren und dem edelmetallmanagement.
+++ Mehrheit an amerikanischem Silicahersteller übernommen
Kolloidale Silica werden unter anderem beim Polieren
von elektronischen Halbleitern eingesetzt
Eröffnungsfeier für die neue Katalysatoranlage in Schanghai
„Damit können wir unseren kunden den für ihre Anwendung optimierten
katalysatortyp zu deutlich kürzeren lieferzeiten anbieten“,
betonte tim Busse, verantwortlich für das Geschäftsgebiet
catalysts in china. neben der anwendungstechnischen unter stützung
der kunden bei der verwendung der katalysatoren ist das
edelmetallrecycling ein wichtiger Servicebaustein. Hier bietet
evonik in enger Zusammenarbeit mit Heraeus (www.heraeus.
com) in Schanghai die rückgewinnung der edelmetalle direkt in
china an und schließt so den edelmetallkreislauf innerhalb des
landes. Für die kunden bedeutet dies einen deutlichen kostenvorteil.
„Die leistungsfähigkeit der katalysatoren von evonik in
ver bindung mit dem kompletten Serviceangebot wird vom Markt
sehr positiv angenommen“, so Busse. Das bestätigen auch die
zahl reichen teilnehmer eines kürzlich veranstalteten kunden semi
nars für die regionale Pharma­, Farbstoff­ und vitaminindustrie
sowie die Fein­ und Agrochemie.
evonik industries hat die Mehrheit an dem uS­amerikanischen
Silicahersteller Harris & Ford Silco llc., Portland/oregon, übernommen.
„Die Übernahme stärkt die Position von evonik als ein
Schlüsselproduzent von Spezialchemikalien für stark wachsende
Branchen wie die Halbleiterindustrie“, so thomas Hermann,
leiter des Geschäftsbereichs inorganic Materials, zu dem das in
evonik Silco Materials umbenannte unternehmen künftig gehört.
Der Sitz bleibt Portland.
evonik Silco Materials produziert hochreine kolloidale Silica.
Diese hochfeinen kieselsäuren werden unter anderem beim Polie
ren von elektronischen Halbleitern eingesetzt. Sie sind eine
Schlüsselkomponente des sogenannten chemical Mechanical Polishing
(cMP)­Prozesses, wo evonik industries schon seit vielen
Jahren als verlässlicher Hersteller von pyrogenen oxiden AeroSil®
(Silica) und AeroXiDe® (ceria, Alumina) etabliert ist. Mit seinem
neuen unternehmen sei evonik jetzt noch besser positioniert, so
Hermann, „um unsere kunden aus der chipindustrie mit qualitativ
hochwertigen und wettbewerbsfähigen Partikeln zukünftig als
komplettanbieter zu versorgen.“ Hermann sieht hier gute chancen
für evonik; für ihn ist die Akquisition eine win­win­
Situation: „kolloidale Silica sind ein wachstumsmarkt und evonik
ist ein wachstumsorientiertes unternehmen.“
4 elements32 evonik science newsletter

+++ Katalyse: Evonik baut Engagement in Indien aus
evonik hat das Geschäft mit edelmetallpulverkatalysatoren der
ra vindra Heraeus Pvt. limited, udaipur (rajasthan, indien), erworben.
Damit gehen know­how, technologie und die Geschäftsbeziehungen
mit katalysatorkunden von ravindra Heraeus auf
evonik über, während die Produktionseinrichtungen bei dem indischen
unternehmen verbleiben. Beide Partner haben außerdem
langfristige verträge bezüglich lohnfertigung und edelmetallrecyc
ling geschlossen. Danach wird ravindra Heraeus an seinem
Standort udaipur im Auftrag von evonik edelmetall pulver kata lysatoren
für den indischen Markt produzieren sowie verbrauchte
katalysatoren rezyklieren. Die katalysatoren für das bereits bestehende
indien­Geschäft von evonik wurden bislang aus Deutschland
eingeführt. Diese Produkte werden zukünftig ebenfalls in
indien bei ravindra Heraeus hergestellt.
edelmetallpulverkatalysatoren kommen in Synthesen in der
Phar ma­, Fein­ und industriechemie zum einsatz, um beispielsweise
Pharma­ oder Agrowirkstoffe selektiv und kosteneffizient
herzustellen. Der indische Pharma­ und Feinchemiemarkt verzeichnet
seit mehreren Jahren ein überdurchschnittliches wachstum.
Grund sind die outsourcing­Strategien von Pharma­ und Agrokon
zernen, wonach diese die wirkstoffe nicht mehr selbst herstellen,
sondern von Feinchemieunternehmen produzieren lassen.
elements32 evonik science newsletter
news
„Mit Heraeus als starkem, leistungsfähigen Partner können
wir nun auch die kunden in indien mit unseren hochwertigen
edel metallkatalysatoren aus lokaler Produktion versorgen und
ihnen das komplette leistungspaket beim edelmetallmanagement
anbieten“, sagte Dr. wilfried eul, leiter des Geschäftsgebiets
cata lysts von evonik.
Für die kunden bedeutet dies eine kurze Bearbeitungszeit
und die integration in den lokalen edel me tall kreislauf, wodurch
importzölle und langwierige einfuhrprozesse vermieden werden.
„Das ermöglicht es uns, besser an dem überdurchschnittlichen
wachstum der Pharma­ und Feinche mie branche indiens
teilzunehmen und unsere führende Position bei edel me tallpulverkatalysatoren
weiter auszubauen“, so eul. evonik produziert
edelmetallpulverkatalysatoren an den Stand orten Hanau
(Deutschland), tsukuba (Japan), Americana (Bra silien), calvert
city (kentucky, uSA) und seit Juni diesen Jahres auch in Schanghai
(china).
ravindra Heraeus, ein edelmetallunternehmen, ist ein Joint
ven ture zwischen dem weltweit führenden edelmetall­ und
tech nologieunternehmen Heraeus mit Sitz in Hanau (Deutschland)
und dem indischen Familienunternehmen ravindra choksi;
beide halten jeweils einen Anteil von 50 Prozent.
+++ Vorvertrag für Joint Venture zur Produktion von Superabsorbern in Saudi-Arabien
Superabsorber sind ein wesentliches Basismaterial für die
Herstellung von Hygieneprodukten wie Windeln. Das Foto zeigt
ein anwendungstechnisches Labor von Evonik in Krefeld
evonik industries, die national industrialization company (tasnee)
und Sahara Petrochemicals beabsichtigen die Gründung eines
Joint ventures zur Produktion von Superabsorbern. Am Standort
Jubail in Saudi­Arabien wollen die Partner gemeinsam eine hochmoderne
world­Scale­Anlage mit einer jährlichen kapazität von
80.000 tonnen bauen, die im ersten Quartal 2013 in Betrieb gehen
soll. Dr. klaus engel, vorstandsvorsitzender von evonik, und
Dr. Moayyed i. Al­Qurtas, ceo von tasnee,
unterzeichneten da zu einen entsprechenden
vorvertrag in riad. „Das ist ein
bedeutender Schritt für unseren konzern
im wachstumsmarkt Mitt lerer osten.
unsere führende Stellung bei Superabsorbern
bauen wir damit entscheidend aus“,
sagte engel. evonik ist welt weit ein führender
Hersteller für Superabsorber, die
wesentliches Basis ma terial für die Herstellung
von Hygie ne produkten wie windeln
und Binden sind.
Das geplante Joint venture für Superab
sorber wird von der günstigen rohstoffversorgung
vor ort profitieren: Die notwendige
Acrylsäure für die Herstellung
von Superabsorbern soll aus einer benachbarten
Anlage von SAMco bezogen werden.
SAMco ist ein Joint venture zwischen
tasnee und Sahara (Saudi Acrylic
Acid company, SAAc) und Dow chemi cals. Die Zulieferung des
ebenfalls benötigten Propylen erfolgt aus einer nahe gelegenen
Anlage, die gemeinsam vom SAMco­Joint­venture tasnee und
Sahara (tasnee Sahara olefins company, tSoc) und lyon dell
Basell betrieben wird. Die geplante Superabsorberproduk tion in
Saudi­Arabien wird durch die einbettung in die verbundstrukturen
das erste Downstream­Projekt dieser Art sein.
5

e v o n i k M e e t S S c i e n c e 2 0 1 0
Die Zukunft der energie
im Juni trafen sich mehr als 200 experten auf einladung von evonik in
Marl. Sie diskutierten die möglichen wege und implika tionen einer
nachhaltigen energie­ und ressourcenwirtschaft – ganz im Sinne des
wissenschaftsjahres 2010.
Energie ist das Thema Nummer eins im „Wis senschaftsjahr
2010 – Die Zukunft der Energie“, einer
Initiative des Bundesministeriums für Bildung und
Forschung (BMBF). Umwelt­ und Klimaprobleme sowie
schwindende Ressourcen sind die Ursachen. Wie sieht
die künftige Energieversorgung aus? Und welchen Weg soll
die Gesellschaft gehen, um natürliche Ressourcen möglichst
effizient zu nutzen? Auf solche Fragen gibt es keine einfachen
Antworten, dafür viele Ideen und Visionen. Auf seinem
schon traditionellen Wissenschaftsforum „Evonik
Meets Science“ am 7. und 8. Juni schaffte Evonik einen
Rahmen für Fachleute, um über diese offenen Fragen zu diskutieren,
Denkanstöße zu geben und Experten miteinander
zu vernetzen. Mehr als 200 Teilnehmer folgten der
Einladung nach Marl.
„Evonik Meets Science“ stand dabei ganz im Zeichen des
Wissenschaftsjahres, denn Ressourceneffizienz ist nicht nur
ein Thema der Energiebranche, sondern auch der Chemie:
Chemische Produkte und Technologien sind wesentliche
Voraussetzungen, damit sich Ressourcen besser nutzen lassen.
Doch hierzu bedarf es vieler Innovationen. „Wissenschaft
und Forschung sind die ehrgeizigen Eltern des Fortschritts“,
sagte Dr. Klaus Engel, Vorsitzender des Vorstandes der
Evonik Industries AG, bei
der Eröffnung der Konferenz.
Evonik hat diesen Zusammen
hang schon lange verinnerlicht:
„Ein Fünftel unseres
Chemieumsatzes machen
wir mit Produkten, die jünger
als fünf Jahre sind“, so
Engel.
Dr. Klaus Engel
Vorsitzender des Vorstandes
der Evonik Industries AG
6 elements32 evonik science newsletter

Evonik hatte im Oktober 2008 das Science­to­Business
(S2B) Center Eco² unter Leitung der strategischen Forschungseinheit
Creavis Technologies & Innovation gegründet,
in dem Experten interdisziplinär Lösungen für Res sourcen­
und Energieeffizienz entwickeln. Auf der Suche nach
einer nachhaltigen Nutzung von Ressourcen arbeiten sie
nicht nur mit anderen Kon zernbereichen zusammen, sondern
auch mit rund 40 externen Partnern aus Forschung und
Wirtschaft. Kein Wunder, dass „Evonik Meets Science“
dieses Mal die Forschungsthemen des S2B­Centers Eco²
aufgriff und damit die Initiative des BMBF nachdrücklich unterstützte
– ebenso wie mit Aktions tagen für Schülerinnen
und Schüler, die den Nachwuchs für Naturwissenschaften,
Technik und ganz besonders für das Zukunftsthema Energie
begeistern sollen.
Dr. Stefan Nordhoff, Leiter des S2B­Centers Eco², betonte,
dass Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz sowie profitables
Geschäft sich keineswegs ausschließen müssen:
„Eine Studie der Unternehmensberatung McKinsey aus dem
vergangenen Jahr hat aufgezeigt,
dass es verschiedene
Tech nologien gibt, mit denen
sich bereits heute und
vermehrt in Zukunft Geld
verdienen lassen wird.“ Das
Portfolio des S2B­Center Eco²
ist klar auf diese Wachs tumsfelder
ausgerichtet. >>>
Dr. Stefan Nordhoff
Leiter des S2B-Centers Eco²
elements32 evonik science newsletter
Open Innovation
e v o n i k M e e t S S c i e n c e 2 0 1 0
Der Blick über den tellerrand kann hilfreich sein, besonders
in einer Zeit der technologischen umbrüche, wie sie die
Gesellschaft derzeit im energiesektor erlebt. Daher widmete
sich das wissenschaftsforum evonik Meets Science diesmal
den themen energie­ und ressourceneffizienz. „evonik
positioniert sich hier als innovationsstarkes unternehmen
und will diese Position weiter ausbauen“, gab Dr. thomas
Haeberle, Mitglied der Geschäftsführung der evonik Degussa
GmbH, den teilnehmern der konferenz mit auf den weg.
„chemie und energie sind starke Partner auf diesem weg,
wie zum Beispiel das lithium­elektrizitäts­Speichersystem
leSSY zeigt“, ergänzte Joachim rumstadt, vorsitzender der
Geschäftsführung der evonik Steag GmbH.
Dr. Peter nagler, leiter innovation Management chemi cals
& creavis bei evonik, verwies auf die strategischen Forschungsaktivitäten
des unternehmens, die in geschäftsbereichsübergreifenden
kompetenzfeldern (Areas of com petence),
Projekthäusern und Science­to­Business (S2B)
centern gebündelt sind. „Bei den S2B­centern erarbeiten
wir innovationen, die mit größeren Forschungsrisiken
verbunden sind“, so nagler.
Das S2B­center eco² unter leitung der creavis ist eine der
einrichtungen für diesen Blick über den tellerrand. es vereint
fünf entwicklungs linien und ein übergreifendes thema:
co 2­Abtrennung und ­nutzung, energieerzeugung, ener gieeffizienz
kun den lösun gen, energiespeicherung und energieeffizienz
in evonik­Prozessen sowie als übergreifendes
element das thema life cycle Assessment (s. elements 31).
Zu jeder dieser entwick lungslinien berichteten bei „evonik
Meets Science“ externe Partner von Hochschulen aus ihrer
Sicht über den Stand der technologie. Den Abschluss der
zweitägigen veranstaltung bildete ein interaktiver Markt platz
im S2B­center eco², bei dem die Mitarbeiter des centers
anhand zahlreicher expo nate, Grafiken und interaktiver Animationen
ihre Forschungs projekte präsentierten und sich
fachspezifischen Diskussionen stellten. Mit Projekten und
Projektideen wie etwa der stofflichen verwertung von kohlen
dioxid aus Abgasströmen, der entwicklung von leichtbauteilen
für den Automobilbau sowie der intelli genten verwertung
von Steinkohle­Flugasche konnten sie überzeugend
darstellen, dass sie mit energie forschen.
Dr. Thomas Haeberle
Mitglied der
Geschäftsführung der
Evonik Degussa GmbH
Joachim Rumstadt
Vorsitzender der
Geschäftsführung der
Evonik Steag GmbH
Dr. Peter Nagler
Leiter Innovation
Management Chemicals
& Creavis bei Evonik
7

Was ist Ressourceneffizienz?
Doch Ressourceneffizienz ist keineswegs ein eindeutiger
Begriff, wie Prof. Dr. Matthias Finkbeiner vom Institut für
Technischen Umweltschutz der TU Berlin darlegte: Sie lässt
sich entweder verstehen als den größten Nutzen (Value
Added), der sich mit dem geringsten Rohstoffeinsatz erzielen
lässt, oder im breiteren Sinn der EU­Kommission. Diese
hat im Jahr 2005 den Begriff Ressource so definiert, dass
nicht nur Rohmaterialien, sondern auch biotische Ressourcen,
erneuerbare Energien, Landflächen, sowie Luft, Wasser
und Erde dazu gehören. Sie alle gehen als Faktoren in den
Nenner der Ressourceneffizienz ein, deren Zähler der Value
Added ist. Ein Life Cycle Assessment (LCA) erfasst dann jeglichen
Input und Output eines Sys tems, das sich für ein bestimmtes
Produkt von der Ge winnung der Rohmaterialien
über Produktion, Wartung und Gebrauch bis zum Recycling
und der Entsorgung erstreckt. Ein LCA lässt sich auch operativ
begleitend einsetzen, wenn sich ein Produkt noch in
der Entwicklung befindet. „Die Methode eignet sich also auch
als Risiko­Scree ning“, so Finkbeiner. „International hat sich
die Ökobilanz als die am meisten anerkannte Methode für
eine Bewertung der Umweltauswirkungen etabliert, weil sie
als einzige ein weites Feld von Anwendungen konsistent und
länderübergreifend harmonisiert abdecken kann.“
An einem Beispiel aus der Automobilindustrie machte
Finkbeiner jedoch auch deutlich, dass sich ein LCA letztlich
nie losgelöst von Werten betrachtet lässt: Denn die bloßen
Indikatoren können die Ökobilanz eines Kleinwagens besser
oder schlechter ausfallen lassen als die einer Luxuslimousine.
Das Ergebnis einer Berechnung hängt neben der Definition
der Ressourceneffizienz und dem, was alles als Ressource in
die Betrachtung mit einbezogen wird, auch von den gewählten
Indikatoren für den Value Added und die Umweltbela stung
ab.
Trotz dieser Einschränkungen ist Finkbeiner davon überzeugt,
dass das Konzept der Ressourceneffizienz eine nachhaltige
Entwicklung begünstigt. Er verglich die Situation mit
der aus der Psychologie bekannten Maslowschen Pyramide,
wonach zunächst die Grundbedürfnisse eines Individuums
befriedigt sein müssen, bevor es die nächste Stufe erklimmen
kann – etwa kulturelles Schaffen. Ein Umwelt­ und
Nachhaltigkeits­Assessment sei ganz ähnlich strukturiert, so
der Geoökologe: „Erst kann sich ein Unternehmen zum Bei­
Prof. Dr. Matthias Finkbeiner
vom Institut für Technischen
Umweltschutz der TU Berlin
spiel über seinen Carbon
Footprint Gedanken machen,
bevor dieser in ein LCA ausgebaut
wird.“ An der Spitze
der Pyramide steht dann das
Life Cycle Sustainability Assessment,
das auch wertorentierte
gesellschaft liche Aspekte
berücksichtigt.
CCS als tragfähige Zwischenlösung
Dass es bei Technologiefragen nicht immer nur um langfristige
Ziele gehen kann, sondern auch um temporäre
Lösungen, verdeutlichte Prof. Dr. Klaus Görner, Inhaber des
Lehrstuhls für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik
der Universität Duisburg­Essen, anhand der Abtrennung
und geologischen Speicherung von CO2 (CCS, Carbon Capture
and Storage): „Es ist eine Brückentechnologie für die
Kraftwerkstechnik, wenn man die politisch vorgegebenen
Ziele zur Reduktion der CO2­Emissionen in der EU erreichen
will.“
Moderne fossile Kraftwerke erreichen Wirkungsgrade
zwischen 43 (Braunkohle), 46 (Steinkohle) und 60 Prozent
(Gas). Steinkohle­befeuerte Dampfkraftwerke, die solche
Wirkungsgrade erreichen, arbeiten bei 600 °C. Eine Stei gerung
des Wirkungsgrades auf mehr als 50 Prozent lässt sich
durch eine höhere Temperatur (700 °C) erreichen, wie sie
für die nächste Kraftwerksgeneration angedacht ist. Allerdings
wird das nach Meinung von Görner allein nicht ausreichen,
um die Klimaziele der EU zu erfüllen. Denn nur mit
einer höheren Energieeffizienz der Kraftwerke, dem Einsatz
erneuerbarer Energien und weiteren Optimierungs maßnahmen
ist in Europa ein Niveau der CO2­Emissionen von
20 Prozent unterhalb des 1990er­Wertes erreichbar.
Um das ambitionierte Ziel einer weiteren Reduktion auf
insgesamt 30 Prozent zu erreichen, bietet sich unter anderem
die oben erwähnte CCS­Technologie an. Die CCS­Technologie
kann 90 Prozent des Kohlendioxids aus dem Kraftwerk
abfangen. „CCS eignet sich für Neu­ und teilweise
auch für Altanlagen“, sagte Görner. „Transport und Spei cherung
sind technisch realisierbar, aber womöglich nicht gesellschaftlich
akzeptiert.“ Die Abtrennung im Kraftwerk
kann mit drei verschiedenen Technologien erfolgen, bei denen
das CO2 entweder vor der eigentlichen Verbrennung
der vergasten Kohle (Pre­Combustion), während (Oxy­Combustion)
oder nach ihr abgetrennt wird, als letzter Schritt
der Rauch gasreinigung (Post­Combustion). Alle Ansätze
führen allerdings dazu, dass der Wirkungsgrad des
Kraftwerks nach dem derzeitigen Stand der Technik um 9
bis 13 Prozent sinkt, weil für die Abtrennung Energie erforderlich
ist. Hier ist es die Aufgabe der Wissenschaft, in
Zusammenarbeit mit den Herstellern und Betreibern dazu
beizutragen, dass mit dem Anheben des Basiswirkungsgrades
auf über 50 Prozent und der
Reduzierung der Wir kungsgradeinbuße
auf unter 8 Prozentpunkte
ein Net towirkungsgrad
von deut lich über
40 Prozent erreicht wird.
Nur so werden die Ressource
Kohle und gleichzeitig die
Umwelt geschont.
Prof. Dr. Klaus Görner
Inhaber des Lehrstuhls für Umweltverfahrens-
und Anlagen technik der
Universität Duisburg-Essen
8 elements32 evonik science newsletter

Faserverbundwerkstoffe machen Autos leichter
Neben der Energiewirtschaft kommt auch der Mobilität eine
besondere Bedeutung bei der künftigen Vermeidung von
CO2­Emissionen zu. Ein Ansatz ist es, die Fahrzeuge leichter
zu machen. Solche gewichtsreduzierten Strukturbauteile
für Pkw lassen sich aus Faserverbundwerkstoffen fertigen,
wie sie heute bereits in der Luft­ und Raumfahrt Einzug gehalten
haben. „Bislang erfolgte die Herstellung von solchen
Bauteilen überwiegend in Handarbeit, im Automobilbau sind
jedoch automatisierte Prozesse mit kurzen Taktzeiten gefordert“,
sagte Prof. Dr. Thomas Gries, Inhaber des Lehrstuhls
für Tex tilmaschinenbau am Institut für Tex tiltechnik
der RWTH Aachen. Gries koordiniert die interdisziplinäre
Zusam men arbeit der Aachener Wissenschaftler, die Faserverbund
werk stoffe erforschen. Sie befassen sich mit Produkten,
Produktionsmaschinen und Prozessen sowie
Design­, Simu la tions­ und Messverfahren für die textilen
Halbzeuge und die Compositebauteile.
Ein wichtiger Schritt hierbei ist die robotergestützte
Herstellung endkonturnaher textiler Preforms. In solchen
dreidimensionalen Textilstrukturen sind die Verstär kungsfasern
im späteren Bauteil entsprechend der inneren Kraftflüsse
orientiert, sorgen also für maximale mechanische
Steifigkeit und Festigkeit bei möglichst geringem Gewicht.
„Die Produktionstechnik haben wir hierfür inzwischen entwickelt,
nun konzentrieren wir uns auf die Engineeringund
Planungstools“, sagte Gries. Erste Anwendungen in
Fahr zeugen gibt es bereits. Allerdings stehen Textil composites
noch am Anfang. Sie eignen sich bislang nur für
Stückzahlen unter 100.000 pro Jahr.
Neben dem Fahrzeugbau sieht der Ingenieur auch in der
Energietechnik Potenzial für Faserverbundwerkstoffe. Bei
Windkraftwerken etwa werden die Rotordurchmesser weiter
steigen, was den Leichtbau befeuert. Gerade für die
Lastoptimierung der Bauteile
werden textile Strukturen
in teressant sein. Und auch
Brennstoffzellen könnten
von Fa ser verbundwerk stoffen
pro fitieren, nämlich als
Festig keits träger von Polymer
membranen.
Prof. Dr. Thomas Gries
Inhaber des Lehrstuhls für Textilmaschinenbau
am Institut für
Textiltechnik der RWTH Aachen
elements32 evonik science newsletter
>>>
e v o n i k M e e t S S c i e n c e 2 0 1 0
Multiaxialgelege mit integrierten Stringern (oben)
Dreidimensionaler textiler Preform für einen PKW-Unterboden (Mitte)
Konzept einer automatisierten robotergestützten Preformherstellung (unten)
Schneiden
In-line QM
Handling
Preformcenter
Binder-Auftrag
Nähen
RWTH Aachen
9
RWTH Aachen

Sichere Energieversorgung braucht
leistungsfähige Energiespeicher
Doch egal, wie leicht ein Fahrzeug durch bauliche Maß nahmen
werden kann oder wie viel CO 2 sich abscheiden lässt,
letztlich geht es bei der mobilen und der stationären Energie
versorgung von morgen auch immer um die Frage der
Speicherung von Energie. Denn erneuerbare Energien führen
ansonsten zu einer sehr ungleichmäßigen Belastung der
Versorgungsnetze, die im Moment durch regelbare Kraftwerke
und zum geringen Teil durch Pumpspeicherwerke ausgeglichen
werden, deren Potenzial allerdings limitiert ist.
Mit hohen Wirkungsgraden gelingt die Speicherung
elektrischer Energie nur in Akkumulatoren und Superkonden
satoren. Prof. Dr. Martin Winter vom Institut für Physikalische
Chemie der Westfälischen Wilhelms­Universität
Münster glaubt, dass dabei der Lithium­Ionen­Technologie
eine besondere Rolle zukommt. Vier Gründe sprechen in
seinen Augen dafür: die hohe Zellspannung, die großen
Energie­ und Leistungsdichten, die geringe Selbstent ladungs
rate und die Möglichkeit, die gesamte Kapazität ohne
Batterieschädigung ausnutzen zu können. „Die Lithium­
Ionen­Batterie ist eine evolutionäre Technologie, weil sie
auf eine große Zahl von Materialmöglichkeiten zurückgreifen
kann. Sie eignet sich hervorragend für die schnelle
Pufferung von Stromspitzen auf der Zeitskala von Stunden“,
so Winter. Sie bietet sich für dezentralisierte Energiespeicher
kleiner bis mittlerer Größe an. Auch in künftigen Vehicleto­Grid­Konzepten,
bei denen die Akkus von Elektro fahrzeugen
als kurzfristige Puffer für Spitzen dienen würden,
dürfte die Lithium­Ionen­Technologie eine Rolle spielen. Dabei
macht man sich zunutze, dass viele Fahrzeuge den Großteil
des Tages nicht bewegt werden.
Aber auch für den stationären Bereich gibt es konkrete
Vorstellungen: Beim saarländischen Evonik­Kohlekraftwerk
Völklingen entsteht noch in diesem Jahr der Prototyp LESSY
(Lithium­Elektrizitäts­Speichersystem), der aus rund 5000
einzelnen Lithiumkeramik­Zellen bestehen wird. Mit einer
Ein­ und Ausspeicherleistung von 1 MW und einer Speicherkapazität
von 700 kWh soll LESSY Primärregelenergie bereitstellen.
An der Realisierung des Projekts ist neben
Evonik, der Li­Tec Battery GmbH – einem gemeinsamem
Joint Venture mit der Daim ler AG – und weiteren Part nern
auch die Universität Münster unter Winters Fe der führung
beteiligt; es wird im Rahmen
der Forschungs initiative LIB
2015 vom Bun des ministerium
für Bildung und Forschung
gefördert.
Prof. Dr. Martin Winter
vom Institut für Physikalische
Chemie der Westfälischen
Wilhelms-Universität Münster
Wasserstoff als künftiger Primärenergiespeicher?
Im Vergleich zur Lithium­Ionen­Technologie befindet sich
die nachhaltige Herstellung von Wasserstoff noch in den
Kinderschuhen. Das flüchtige Gas wäre ein interessanter
Pri märenergiespeicher, weil er mehr Energie pro Gewichtseinheit
enthält als jeder andere chemische Brennstoff.
„Derzeit entstehen jedoch 96 Prozent des Wasserstoffs aus
fossilen Energiequellen. Erneuerbare Energien wären wünschenswert,
damit Wasserstoff eine größere Rolle in nachhaltigen
Energiekonzepten spielen kann“, sagte Dr. Henrik
Junge, Themenleiter am Leibniz­Institut für Katalyse e.V.
(LIKAT). Das LIKAT erforscht dazu die fotokatalytische
Wasserstoffherstellung aus Wasser und – als Speicher – die
Freisetzung von Wasserstoff aus Ameisensäure.
Für den ersteren Fall untersucht das LIKAT einen Fo tosensibilisator
auf Iridium­Basis, der in einen Eisenkomplex
eingelagert ist, und erreicht damit eine Umsatzzahl (als Maß
für die Effektivität des Katalysators) von 3.000. In einem
Versuchsaufbau lieferte eine Brennstoffzelle damit für eine
halbe Stunde 18 mW konstante Leistung. Dem zweiten
LIKAT­Projekt, der Wasserstofffreisetzung aus Ameisensäure,
liegt ein CO2­neutraler Zyklus zu Grunde. Ein
Ruthenium­Katalysator dient dazu, den Wasserstoff frei zu
setzen. Im Labormaßstab bei Raumtemperatur lief der Prozess
länger als elf Tage und erreichte eine Ausbeute von 99
Prozent: stündlich 0,9 Liter
Wasserstoff. Bis zu einer industriellen
Anwendung der
LIKAT­Projekte ist es allerdings
noch ein gutes Stück
Weg. Junge verglich den erreichten
Stand mit der Situation
in der Kernfusions forschung.
Dr. Henrik Junge
Themenleiter am Leibniz-Institut
für Katalyse e.V.
10 elements32 evonik science newsletter

Die Energie der Zukunft hat viele Quellen
Zu künftigen chemischen Speichern auf der Basis von Wasserstoff
gibt es in den Augen von Prof. Dr. Ferdi Schüth,
Direk tor am Max­Planck­Institut für Kohlen forschung in
Mülheim an der Ruhr, auch mögliche Alternativen, die sich
zumindest aufgrund der erreichbaren Energiedichten anböten
wie etwa Methanol, Kohlenwasserstoffe, Methan oder
Ethanol. Alle Substanzen haben jedoch auch Nachteile oder
unterliegen spezifischen Einschränkungen.
Schüth wies in seinem Vortrag auch darauf hin, dass die
Speicherdichten von Lithium­Ionen­Batterien für Fahrzeuge
den vor sechs Jahren prognostizierten Werten hinterherhinken
und sich eine Plateaubildung abzeichnet. „Natürlich
sollte man diese Technologie weiter intensiv erforschen, mit
der Industrie als Schrittmacher“, so Schüth, „aber man sollte
sich auch schon jetzt mit dem beschäftigen, was nach der
Lithium­Ionen­Technologie kommt.“
Schüth sieht unsere Energieversorgung vor einem Pa radigmenwechsel.
Vereinfacht dargestellt ist sie derzeit durch
eine weitgehend isolierte Nutzung unterschiedlicher Primär
energieträger gekennzeichnet: Die Elektrizität entstammt
Kohle­ und Kernkraftwerken, während Wärme und
Mobilität durch Öl und Erdgas gedeckt werden. Schüth erwartet,
dass Elektrizität und Mobilität – über das Bindeglied
Energiespeicher – künftig als Anwendungsfelder miteinander
verschmelzen werden, was die Energieversorgung betrifft.
Dabei werden wir es zu tun haben mit einer Mischung,
die aus Kernkraft, Kohle, Solarthermie, Fotovoltaik, Wasserund
Windkraft, Geothermie, Erd­ und Biogas sowie Öl bestehen
könnte. Der Wärmebedarf wird künftig dagegen primär
solarthermisch gedeckt, zu einem kleinen Teil durch
Öl, Erd­ und Biogas. Eine Energieversorgung, die also auf
vielen Säulen ruhen wird, statt auf einigen wenigen.
Wobei die Entscheidung, welche Technologie sich für
welches Land und welche Anwendung am besten eignet,
letztlich auch eine gesellschaftliche ist. Dass zum Beispiel
Brasilien eine Ethanol energiewirtschaft
auf Zuckerrohr
basis betreibt, senkt die
CO2­Emis sionen deutlich, erhöht
aber wegen des Düngemit
tel ein satzes die Phosphat
belastung der dortigen
Gewässer. l
Prof. Dr. Ferdi Schüth
Direktor am Max-Planck-Institut
für Kohlenforschung in Mülheim
an der Ruhr
elements32 evonik science newsletter
e v o n i k M e e t S S c i e n c e 2 0 1 0
Die Energieversorgung heute
Atomkraft
Strom Wärme Mobilität
Erdgas
Mögliches Szenario für die künftige Energieversorgung
Atomkraft
Braunkohle
Kohle
Steinkohle
Strom Traktions- Mobilität
batterie
Speicherung
Solartherme
Speicherung
Photovoltaik
Wasser
Geothermie etc.
Speicherung
Wind
Methanspeicherung
Erd- und Biogas
Öl
Öl
Wärme
Wärmespeicher
Solarthermie
11

P r o J e k t H A u S F u n c t i o n A l F i l M S & S u r F A c e S
transferleistung als Maßstab des
Das Projekthaus Functional Films & Surfaces hat als siebtes Projekthaus unter leitung der
strate gischen Forschungseinheit creavis technologies & innovation seine Arbeit erfolgreich
beendet. Ausschlaggebend für den erfolg waren vier Schlüsselfaktoren: ein konsequentes
Pro jekt management, die richtige kombination aus externen und internen kompetenzen, offenheit
auch für unbequeme wahrheiten und das passende, motivierte team.
Am Anfang standen 100 Projektideen, unterschiedlich
weit entwickelt, unterschiedlich gut durchdacht.
Entstanden waren sie bei unzähligen
Gesprächen innerhalb des Geschäftsfelds Chemie
von Evonik. Über ein halbes Jahr hinweg hatte Dr. Jochen
Ackermann, Leiter des damals in der Gründung befindlichen
Projekthauses Functional Films & Surfaces, die Idee
des Projekthauses in den Konzern hineingetragen – zu den
Leitern der Geschäftsbereiche und Geschäftsgebiete und zu
den Forschungsleitern. Offizieller Startschuss des Pro jekthauses
war der 1. Januar 2007, so dass es am 31. Dezember
2009 enden würde – die üblichen drei Jahre Laufzeit eines
Projekthauses als Element der strategischen Forschungs­ und
Entwicklungseinheit Creavis Technologies & Innovation im
Evonik­Konzern. „Mit diesem Ansatz lassen sich neue
Marktfelder, Material­ und Systemkompetenzen, Produktinno
vationen und Technologien erschließen, für die im
Arbeitsalltag der Geschäftsbereiche nicht genug Zeit wäre“,
sagt Dr. Harald Schmidt, Leiter der Creavis.
Nun, im Spätjahr 2006, galt es, die 100 Projektideen zu
bewerten: Wie sah der Markt aus? Welche Kompetenzen
ließen sich innerhalb des Konzerns in der relativ knappen
Zeit von drei Jahren aufbauen? Welche Mitarbeiter aus den
Geschäftsbereichen stünden zur Verfügung? Inwiefern gäbe
es patentrechtliche oder technologische Hürden? Und wer
böte sich als potenzieller Entwicklungspartner außerhalb
des Konzerns an? In der Sitzung des Lenkungsausschusses,
dem Vertreter des Top­Managements angehören – Vorstände,
Geschäfts führer der Evonik Degussa GmbH sowie Leiter der
Geschäftsbereiche, Geschäftsgebiete und der Creavis –, fiel
dann die Entscheidung für elf konkrete Projekte.
Der Lenkungsausschuss legte auch Konzept, Kosten,
Ressourcen und Ziele fest. „Jedes Projekt sollte einen
Demonstrator auf Systemniveau liefern, also nicht nur ein
Labormuster, sondern möglichst Produktionsmuster, die in
der Endanwendung verbaut und getestet wurden“, sagt
Ackermann. „Außerdem sollte ein Geschäftsplan für jedes
Projekt vorliegen, aus dem zu entnehmen ist, was die
12 elements32 evonik science newsletter

Erfolgs
Geschäftsbereiche zur Umsetzung des Projektes in nachhaltiges
Geschäft zu tun hätten, wie hoch die notwendigen
Investitionen sein würden, wie das spätere Geschäftsmodell
aussehen könnte und was man von der Finanzplanung zu erwarten
hat.“
Wenn du scheiterst, scheitere früh
elements32 evonik science newsletter
Dr. Jochen Ackermann
(6. von links) mit
seinem 15-köpfigen
Projekthausteam
Das neu gegründete Projekthaus folgte einem klaren
Projektmanagementplan, der die drei Jahre in die Phasen
Exploration (erstes Jahr), Definition (zweites Jahr) und
Validierung (drittes Jahr) unterteilte. „Nach dem ersten Jahr
legten wir für alle Projekte das konkrete Entwicklungsziel
und die dazu gehörige detaillierte Meilensteinplanung für
die restlichen zwei Jahre fest, von denen es dann auch kein
großes Abweichen mehr gab“, so Ackermann.
Zuvor wurde in Absprache mit den beteiligten Geschäftsbereichen
und dem Lenkungsausschuss das Projektportfolio
um vier Projekte reduziert, weil sie sich nicht sinn­
i n n o v A t i o n M A n A G e M e n t
voll realisieren ließen. Verschiedene Gründe gaben dafür
den Ausschlag: Manches Projekt war zu forschungsintensiv
für die zur Verfügung stehende Zeit, die patentrechtliche
Lage war problematisch, es gab kein für Evonik sinnvolles
Geschäftsmodell, eine sehr hohe Investition wäre erforderlich
gewesen oder man kam mit der Idee einfach zu spät für
den Markt. „Wenn du scheiterst, scheitere früh“, sagt Ackermann.
Nur so ließe sich ein Herumdümpeln von Projekten
mit ungewissem Ausgang vermeiden – eine Hängepartie, die
letztlich weder dem Projekthaus noch dem Konzern etwas
brächte.
Die weitergeführten sieben Projekte (siehe Kasten S. 15)
ließen sich in zwei Kategorien aufteilen: Zur einen gehörten
die Projekte, bei der das Projekthaus eine Produkt­ oder
Systemkompetenz aufbaute, bei der anderen Kategorie stand
die Entwicklung einer Technologieplattform im Vorder grund.
Im ersten Jahr des Projekthauses ging es vor allem um die
Bewertung der Projekte und die Bildung eines schlagkräftigen
Teams. Im Schnitt gehörten ihm 15 Mitarbeiter an. Im
zweiten Jahr und der ersten Hälfte des dritten Jahres liefen
dann vor allem die Versuche in den Labors, bevor es ab
Mitte des dritten Jahres um den Transfer der Entwicklungen
in den Konzern ging.
Aus einer Auditierung und einer Lebenszyklusanalyse
vergangener Projekthäuser konnten die Mitarbeiter des Projekthauses
Functional Films & Surfaces wichtige Schlüsse
ziehen: „Wenn man kein anwendungsspezifisches Knowhow
im eigenen Haus hat, sollte man jemanden aus der entsprechenden
Anwenderindustrie hinzuziehen“, erklärt Ackermann.
„Solche Schritte haben uns teilweise erst die Augen
geöffnet, in welche Richtung wir tatsächlich weiterentwickeln
müssen.“ Auch ein Technologieberater mit einem
guten Überblick und entsprechenden Kontakten sei hilfreich,
denn für manche Versuche und Testläufe habe man weder
die Zeit noch die Mittel, um sie im eigenen Hause durchzuführen.
Der hervorragende Ruf der Projekthäuser bei Kunden
und Partnern erleichterte dieses Vor gehen. >>>
13

Im Projekthaus unter anderem
entwickelt:
Beschichtetes Gum mi granulat als
Infill für Kunstrasen (oben)
Folie aus PLEXIGLAS®, auf deren
Oberfläche Fresnel-Linsen erzeugt
wurden. Derartige mikrostrukturierte
Folien ließen sich beispielsweise als
Solarkon zen tratoren in der Fotovoltaik
nutzen (unten)
Flexible Leiterplatten auf Basis von
Polymer folien (rechts)
Als weiteres wichtiges Element für den Erfolg haben sich
die sogenannten operativen Projektteams herausgestellt. „In
ihnen waren neben dem Projektleiter von Seiten des Projekthauses
Kollegen aus den Geschäftsbereichen vertreten“,
sagt Ackermann. Produktmanager, Vertriebsexperten, Controller,
Entwickler, Anwendungstechniker – Kollegen, die
das Projekt in der ein oder anderen Form aktuell oder später
betraf. „Diese Treffen haben wir immer sehr stringent
vorbereitet und es ergaben sich daraus auch konkrete
Aufgaben für die Teilnehmer.“ Und der Geschäfts bereich
befand sich durch diese fast monatlichen Bespre chungen
immer auf dem aktuellen Stand der Informationen.
Paten garantieren erfolgreichen Transfer
Die kritische Phase eines Projekthauses ist in Ackermanns
Augen dann der Transfer der Projektergebnisse in den
Konzern. „Bereits Mitte des dritten Jahres nahmen wir dazu
Gespräche auf.“ Wann soll der Transfer erfolgen und wohin,
waren die beiden zentralen Fragen. Dabei bewährte
sich, dass dem Projekthaus vom Management zugestanden
wurde, bis zum Ende der Drei­Jahres­Frist zu forschen und
14 elements32 evonik science newsletter

Die Projekte
Barrierefolien für flexible Dünnschicht-Fotovol taik module:
ersatz der starren Glassabdeckung bei Dünnschichtsolarmodulen
durch eine PleXiGlAS® basierte Barrierefolie, die dauerhaften
Schutz vor witterungseinflüssen bietet und eine dem Glas mindestens
vergleichbare transparenz für Sonnenlicht und Barriere
gegen wasserdampf und Sauerstoff aufweist. Status: trans feriert
in den Geschäftsbereich; liegt als rollenware aus Produktionsversuchen
vor, Bemusterung bei kunden.
Lumineszenz-Solarkonzentratoren: ein konzentrator auf der
Grundlage von PleXiGlAS® Platten soll die Ausbeute konventioneller
Solarzellen steigern. Dazu verschiebt er teile der einfallenden
Sonnenstrahlung, auf die das Halbleitermaterial der
Zellen wegen seiner definierten Bandlücke nicht ansprechen
würde, in einen wellenlängenbereich, in dem die Solarzellen
absorbieren können. Status: Demonstrator liegt vor.
Flexible Leiterplatten auf Basis von Polymerfolien: ent wicklung
eines kosteneffizienten kupfer­Polymer­laminats auf Basis
von Hochtemperaturkunststoffen, mit dessen Hilfe sich flexible
Platinen fertigen lassen. Status: transferiert in den Ge schäftsbereich;
Pilotanlage zur Musterproduktion.
Beschichtetes Gummigranulat als Infill für Kunstrasen: entwick
lung eines Gummigranulats auf Basis von zerkleinertem
Altreifen, das als infill für kunstrasen dient. ein neu entwickelter
Zweikomponentenlack als Beschichtung ermöglicht Gra nu­
erst dann den konkreten Transfer einzuleiten. Diese Phase
endete nun zur Jahresmitte; Ackermann selbst ist seit Mai
2010 Leiter Business Development des Geschäftsgebiets
Acrylic Polymers.
„Für jeden Transfer wurde ein Pate innerhalb des
Geschäftsgebiets benannt, der künftig das Projekt beziehungsweise
das Produkt unter seinen Fittichen hat“, erläutert
Ackermann. „Und erstmals bei einem Projekthaus werden
diese Paten im Jahr 2011 auch dem Lenkungsausschuss
über den Fortgang im Geschäftsbereich berichten“, ergänzt
Schmidt.
Vier Faktoren haben laut Ackermann den Erfolg des
Projekthauses bestimmt:
• Das konsequente Projekt­ und Portfoliomanagement
• Die wichtige Entscheidung, ob Kompetenzen intern
und/oder extern fundamental aufgebaut werden
• Die Kontakte zu Kooperationspartnern unter dem
Schlagwort „Open Innovation“, die von formalen F&E­
Kooperationsverträgen bis zur Nutzung von Versuchs­
und Produktionsanlagen reichten
• Und der Aufbau eines schlagkräftigen und vor allem
hoch motivierten Teams.
elements32 evonik science newsletter
i n n o v A t i o n M A n A G e M e n t
late, die wesentliche vorteile gegenüber heute marktüblichen
Angeboten haben. Status: Aufbau des Geschäfts durch die
crea vis technologies & innovation; Scale­up in den Pro duktions
maßstab beim kunden.
Oberflächenfunktionalisierung von PLEXIGLAS®: entwicklung
einer technologieplattform zur inline­Funktionalisierung
von PleXiGlAS® Halbzeugen, die hochglänzende oder matte
oberflächen mit hoher Abriebbeständigkeit ermöglicht – integriert
in den Produktionsprozess. Status: transferiert in den Geschäftsbereich;
Pilotanlage zur Musterproduktion.
Kratzfestmattiertes PLEXIGLAS®: entwicklung einer technologieplattform
für die Herstellung von mattierten Beschichtungen
für PleXiGlAS® Halbzeuge, die einen haptischen effekt
zeigen und sehr abriebbeständig sind – integriert in den
Pro duktionsprozess. Status: transferiert in den Geschäfts bereich;
Scale­up in den Produktionsmaßstab.
Prismatische PLEXIGLAS® Elemente für das Lichtmanagement:
entwicklung einer technologieplattform für die Mikro struk turierung
von PleXiGlAS® oberflächen, mit deren Hilfe sich
lampenabdeckungen aus PleXiGlAS® mit hochpräzisen Prismenstrukturen
für eine gleichmäßige raumausleuchtung ohne
Blendeffekte erzeugen lassen. Status: transferiert in den Geschäfts
bereich; vorstellung des Produktes auf der Messe „light
& Building“ im April 2010.
Ackermann hat seine Mitarbeiter so ausgewählt, dass die
Gruppe eine gute Mischung hatte: erfahrene Forscher, aber
auch Hochschulabsolventen; Jüngere und Ältere, Männer
und Frauen, Physiker, Ingenieure, Chemiker und Materialwissenschaftler.
Während im ersten Jahr der Schwerpunkt auf der Bildung
eines echten Teams lag, konzentrierte man sich im
zweiten Jahr dann auf die Fragen, wo man im Projekt und
wo man persönlich steht und wie das Team funktioniert.
„Meine Projektleiter trugen ihre Ergebnisse oft persönlich
vor dem Lenkungsausschuss und in den Geschäftsbereichen
vor, schließlich handelte es sich ja um ihre Arbeit. Und die
müssen sie auch selbst vertreten.“ Das habe die Motivation
gefördert, das Projekt zum Erfolg zu treiben, aber auch den
Stolz auf das gemeinsam Erreichte. Denn: „Ohne Team bist
du nichts“, sagt Ackermann. l
15

+++ HyaCare® Filler CL – der topische Faltenglätter
in den vergangenen Jahren hat ein altbekannter wirkstoff in verschiedenen
Segmenten des Personal­care­Markts sein comeback
gefeiert: die Hyaluronsäure. nach wie vor erfüllt sie die
Anforderungen der verbraucher und Hersteller von kosmetischen
Formulierungen. Darüber hinaus wird sie auch oft als Hautfüller
eingesetzt. um diesen trends rechnung zu tragen, bietet das
Geschäftsgebiet care Specialties von evonik eine ganze reihe
von wirkstoffen auf Basis von Hyaluronsäure an.
vernetzte Hyaluronsäure ist bekannt für ihre verwendung als
Hautfüller. Dermatologen injizieren sie direkt in die Haut, um Falten
von innen heraus aufzufüllen. viele verbraucher scheuen jedoch
ein solches invasives und kostspieliges vorgehen. Sie halten
lieber Ausschau nach alternativ verwendbaren kosmetikprodukten
auf Basis von For mulierungen, mit denen
sich der sofortige Faltenstraffungseffekt
von Haut füllern auf andere Art und weise
erzielen lässt. evonik hat deshalb seine
Hyaluron säure­technologieplattform auf
Personal­care­Pro dukte ausgedehnt und
Hyacare® Filler cl als neues Produkt auf
den Markt gebracht. Aufgrund seiner dreidimensio
na len, netzartig aufgebauten
Struk tur trägt Hyacare® Filler cl sofort zu
einer ver ringerung von Gesichtsfalten und
Fältchen bei und sorgt für eine größere
elastizität der Haut. wegen seines hohen
wasser bin dungsvermögens und seiner aus ­
geprägten, kurzfristig einsetzenden feuchtigkeitsspen
denden eigenschaften unter­
stützt Hyacare® Filler cl wirksam die Hydrierung der Haut. es
kann für alle Anti­aging­Anwendungen verwendet werden, bei
denen sowohl ein sofortiger Faltenstraffungseffekt als auch eine
feuchtigkeitspendende wirkung gewünscht wird.
Hyacare® Filler cl ist eine spezielle variante von Hyacare® in
vernetzter Form. Hyacare® ist ein durch Fermentation gewonnenes,
qualitativ hochwertiges Biopolysaccharid von hoher reinheit,
das mittels eines lösemittelfreien verfahrens hergestellt wird. es
handelt sich hierbei um hautidentische Hyaluronsäure mit einem
mittleren Molekulargewicht von 700 kDa. Aufgrund seiner inhärenten
filmbildenden eigenschaften stellt das Produkt die elastizität
der Haut wieder her und verringert das Faltenbild. Außerdem
verstärkt es auch noch die natürliche kurz­ und langfristige
erfolgende Feuchtigkeitsaufnahme der
Haut.
ein weiteres Produkt, das auf der
Hyaluronsäure­technologie basiert, ist
Hyacare® 50, das erste Produkt von evonik
in diesem Bereich. es handelt sich hierbei
um eine Hyaluronsäure­variante mit einem
sehr geringen Molekulargewicht von
50 kDa. Aufgrund seiner hervorragenden
Hautpenetrationseigenschaften verfügt
Hyacare® 50 über eine ausgeprägte Bioaktivität
und kann die Haut dadurch verjüngen,
dass es die engen verbindungszonen
zwischen Dermis und epidermis
wirksam stärkt durch Auffüllen der Falten
von innen heraus.
+++ PLEXIGLAS RESIST® AAA: neue Stegplatte mit AntiAlgenAusstattung
Das schön saubere, transparente Dach der terrasse, des carports
oder des wintergartens schmückt jedes Haus. wie unschön sieht
es jedoch im laufe der Zeit aus, wenn es – wie viele andere
Flächen im Freien auch – durch veralgung einen grünlichen­braunen
Belag bekommt. Dann heißt es: die leiter holen und mit viel
Mühe das Dach reinigen. und das ist manchmal gar nicht so einfach,
denn viele dieser Dächer sind nicht leicht zu erreichen.
wesentlich komfortabler ist die lösung, die evonik jetzt mit
der neuen Stegplatte PleXiGlAS reSiSt® AAA anbietet. Diese
hochwertige Stegplatte der neuen Generation ist die weltweit
erste kunststoffstegplatte mit einer auf nanotechnologie basierenden
„AntiAlgenAusstattung“. Die spezielle Beschichtung nutzt
die natürliche uv­Strahlung der Sonne, damit Algen, Moose,
Pollen und andere verschmutzungen die Haftung zur Platte verlieren
oder sich gleich ganz auflösen. Beim nächsten regen werden
die reste des zersetzten Schmutzes nahezu vollständig abgespült.
Dass diese neue funktionale Schicht vollkommen ungiftig
und biologisch neutral ist, versteht sich von selbst.
um auch den gestiegenen Ansprüchen an die farbliche Ge staltung
im Baubereich rechnung zu tragen, gibt es die neue Steg­
platte nicht nur in farblos sondern auch in weiß und Grau. Dazu
kommen noch die bekannten Pro dukt vorteile von PleXiGlAS
reSiSt® wie beispielsweise die exzellente uv­ und witterungsbeständigkeit.
evonik stellt daher für trans parentes PleXiGlAS®
eine 30jährige Garantie gegen ver gilbung aus. Alles in allem ein
eigenschaftsprofil, das dem Haus besitzer viel Freizeit unter einem
sauberen und langlebigen Dach schenkt.
Lieber relaxen statt putzen – mit den neuen
PLEXIGLAS RESIST® AAA Stegplatten
16 elements32 evonik science newsletter

+++ nano+art-Wettbewerb – Tag und Nacht im Zwergenreich
elements32 evonik science newsletter
news
optisch eindrucksvolle ergebnisse aus Forschungsarbeiten junger wissenschaftlerinnen, die sich tag und nacht zuordnen lassen,
standen im Mittelpunkt des diesjährigen nano+art­wettbewerbs. Die Bundesinititative nano4women hatte dazu – inzwischen zum
fünften Mal – Studentinnen, Absolventinnen und nachwuchswissenschaftlerinnen aufgerufen, die sich an Hochschulen, For schungseinrichtungen
und anderen organisationen in Deutschland und europa mit nanotechnologie beschäftigen.
Angler im Mondlicht der kölnerin Anna reckmann, Ein Leuchten in der Dunkelheit von Maryam Hadji Abouzar aus Aachen und
Nanograsfeld von Aruna ivaturi von der university of cambridge belegten die ersten drei Plätze und erhielten das von evonik
industries gesponserte Preisgeld von insgesamt 1.750 euro.
Bundesweite Partner des Gemeinschaftsprojektes sind neben der evonik industries AG die Helmholtz­Gesellschaft, die Aktionslinie
hessen­nanotech des Hessischen wirtschaftsministeriums, das Fraunhofer­institut für werkstoffmechanik Halle/Saale, die Martinluther
universität Halle­wittenberg sowie science2public – Gesellschaft für wissenschaftskommunikation. veranstaltungsort des
diesjährigen nano+art­wettbewerbs war das tecHnoSeuM in Mannheim, das noch bis 3. oktober 2010 eine Sonderausstellung
zum thema „nano! nutzen und visionen einer neuen technologie“ zeigt.
Den dritten, mit 250 euro dotierten Platz belegte Aruna ivaturi vom nanoscience
centre der university of cambridge mit ihrem Nanograsfeld. Dies
ist eine rasterelektronenmikroskopaufnahme vom Querschnitt eines
nanograsfeldes aus Zinkoxid­nanostäben (60 nm durchschnittlicher Durchmesser
und 1 μm durchschnittliche länge), hergestellt über ein hydrothermales
verfahren ausgehend von einer Schicht aus Zinkkeimen.
ein rätselhaftes Bild, das durch seine komposition
überzeugt, lautete der kommentar der Jury: Mit
Angler im Mondlicht ging die kölnerin Anna reckmann
als Siegerin aus dem diesjährigen nano+artwettbewerb
hervor. Sie freut sich über den von
evonik überreichten Scheck über 1.000 euro. Das
Siegerbild zeigt eine rasterelektronenmikroskopische
Aufnahme eines organischen Feldeffekttransistors,
auf dem Polymerfasern abgeschieden wurden.
reckmann arbeitet und forscht am institut für Physikalische
chemie der universität köln im Bereich
oberflächen beschich tungen/nanopartikelsynthese.
Platz 2 und einen Scheck über 500 euro erhielt
Maryam Hadji Abouzar, die sich an der FH Aachen
mit der Herstellung von nanostrukturen beschäftigt.
Ein Leuchten in der Dunkelheit entstand aus einer
fluoreszenzmikroskopischen Aufnahme von etwa
6 nm großen DnA­Strängen, die mit cy3 (Fluoreszenzfarbstoff)
markiert und auf eine silanisierte
Sio 2­oberfläche aufgebracht wurden. Aufgrund der
Zusammen setzung der DnA­haltigen Pufferlösung
ist die immo bilisierung nicht homogen.
17

A D D i t i v e M A n u F A c t u r i n G
Abbildung 1.
Das Prinzip des Addi tive
Manufacturing am Beispiel
des Lasersinterns,
bei dem die Bauteile auf
Basis eines Computermo
dells automatisch
schichtweise mit einem
Laser aufgebaut werden
Pulverzuführsystem
Digitale Schichtarbeit
SyLVIA MONSHEIMER
Additive Manufacturing birgt vor allem für die Kleinserienfertigung ungenutztes
Potenzial. extrusion und Spritzguss sind nicht immer der beste weg,
kunststoffe in Form zu bringen. eine Alternative ist die werkzeuglose Fertigung.
Sie verbindet maximale Flexibilität mit hoher kundenorientierung und kosteneffizienz.
Beim lasersintern etwa entstehen aus Hightech­kunststoffen komplexe
und technisch anspruchsvolle industrie­ und konsumgüter.
D
ie meisten bahnbrechenden Techno logien
basieren auf einer einfachen und
überzeugenden Idee. Das gilt auch für
Methoden zur werkzeuglosen Herstellung
von Bauteilen – Experten sprechen auch von
Rapid Manufacturing, Rapid Protoyping, Additive
Manufacturing oder Additive Fabrication.
Das Prinzip hinter diesen Schlagworten: Schichtweise
werden aus Flüssigkeiten, Pulvern, Strängen
oder Folien ohne Einsatz eines Werk zeuges
dreidimensionale Strukturen aufgebaut. Beim Lasersintern,
das pulverförmiges Ausgangs mate rial
benötigt, werden Behälter mit feinem Pulver aus
Metall, Keramik oder Kunststoff gefüllt. Über dem
Pulverbad sitzt ein Laser, der – exakt geführt von
einer CAD­Software und einer entsprechenden
Optik – nur ganz bestimmte Be reiche der obersten
Partikelschicht belichtet. Diese Bereiche schmelzen
auf und verfestigen sich nach dem Abkühlen.
Danach senkt eine Automatik den Boden des Pul­
Laser
Walze Pulverbehälter für
die Herstellung
Kolben des
Pulverzuführsystems
Scannersystem
Entstehendes Bauteil
Scanrichtung
des Lasers
Gesinterte
Pulverpartikel
Kolben des Pulverbehälters
für die Herstellung
verbehälters um Bruchteile von Millimetern ab und
streicht oben eine frische Part ikelschicht auf. Auch
die wird wiederum nur an bestimmten Stellen
vom Laser belichtet (Abb. 1). Auf diese Weise entsteht
in vielen hauchdünnen Schichten ein räumliches
Bauteil, dessen Kom plexität nahezu nur
durch die vorgegebenen elek tronischen Konstruktionsdaten
begrenzt ist.
Diese Freeform Fabrication verzichtet auf Gussformen,
Werkzeuge und raumgreifende Pro duktionsanlagen.
Damit bildet Additive Manu fac turing
(AM) das Gegenstück zu herkömmlichen Ver fahren,
bei denen Teile zum Beispiel in vorgegebene
Formen gegossen oder aus einem massiven Block
spanabhebend herausgearbeitet werden. Bauteile
ent stehen bei AM vielmehr direkt nach einem digitalen
Bauplan. So werden Formen mög lich, die
in der konventionellen Serienfertigung bislang
nicht denkbar waren – und zwar schnell, flexibel
und ohne großen apparativen Aufwand. >>>
Laserstrahl
Lasersintern
Nicht gesintertes Pulver in
den unteren Schichten
Frische Pulverschicht
Quelle: Materialgeeza/Wikipedia
18 elements32 evonik science newsletter

Der FinGripper der Festo AG & Co. KG,
Esslingen, die auf Automatisierungstechnik
spezialisiert ist. Hergestellt durch selektives
Lasersintern, ist der FinGripper leicht, flexibel
und adaptiv – er passt sich, ähnlich wie die
menschliche Hand, an die Kontur des zu
greifenden Gegenstands an. Damit können
natürlich gewachsene Früchte, Knollen
oder druckempfindliche Lebensmittel schnell
und sicher gehandhabt werden. Bei der
Fertigung des FinGrippers werden 0,1 Millimeter
dünne Schichten aus Polyamidpulver
nacheinander aufgetragen und selektiv mittels
Laser aufgeschmolzen; beim Abkühlen
entsteht dabei ein festes Bauteil
elements32 evonik science newsletter
D e S i G n i n G w i t H P o l Y M e r S
Foto: Festo AG & Co. KG
19

Unverwechselbar: In der
Leuchte Detail.MGX von
Materialise N.V., einem
auf Rapid-Prototyping-
Techniken spezialisierten
Unter nehmen mit Sitz in
Leuven (Belgien), hat
der Designer Dan yeffet
durch selektives Lasersin
tern seine Fingerabdrücke
nach gebildet
Blick in die Lasersinteranlage
von Evonik in
Marl
Der Ansaugkrümmer für
den von Evonik gespon -
serten Lotus-Rennwagen
(S. S 6) wurde durch
Laser sintern aus Polyamid-12-Pulver
her gestellt.
Die Geo metrie des
Ansaug krümmers – ein
dreidimensional gekrümmtes,
elliptisches
Rohr – kann weder mit
üblichen Metallver ar -
bei tungsverfahren noch
im Spritzguss hergestellt
werden
Daher ist Additive Manufacturing insbesondere
im Prototypenbau verbreitet. Prototypen sind
unverzichtbar, um neue oder veränderte Bauteile
zu belasten, zu testen, ihre Passform und Funk tionalität
zu überprüfen und – wenn nötig – in einem
neuen Prototyp zu optimieren. Bei den hierfür
eingesetzten Verfahren, zusammengefasst unter
dem Begriff Rapid Prototyping, ist der Name
Programm: Der Bau von Prototypen muss vor allem
schnell gehen, Kosten spielen dabei eher eine
Nebenrolle.
Kostengünstige
Kleinserienfertigung
Additive Manufacturing hat aber das Zeug zu
mehr. Durch die Möglichkeit, noch vor der Fertigung
das Produkt bereits im virtuellen Stadium
zu analysieren und zu optimieren, und durch
breite Materialauswahl und Design nach Funktion
können Bauteile nicht nur entsprechend der individuellen
Kundenwünsche ausgelegt und entwickelt,
sondern auch kostengünstig hergestellt
werden. Durch die stark gewachsene Modell vielfalt
in der Industrie ist die Nachfrage nach adaptiven
Fertigungs­ und Arbeitsmitteln erheblich gestiegen.
Das gilt beispielsweise für den Einsatz von
Handhabungsrobotern: AM­generierte Grei fer
können sich an geometrisch unterschiedliche
Objekte leicht anpassen und machen den Greifprozess
effizient und flexibel.
Zwischen dem Prototypenbau und der Massenfertigung
liegt der zunehmend wichtige
Bereich der Kleinserien. Viele Produkte werden
in relativ hohen, aber begrenzten Stückzahlen
nach gefragt. Für sie ist die herkömmliche Massenproduktion
mit ihren kostspieligen Werkzeugen
und Großanlagen schlichtweg zu teuer.
Daher gilt: Besonders wenn es um Produkte
in kleinerer Stückzahl geht, spielt die Additive
Ma nufacturing Technologie ihre Stärken aus
(Abb. 2). Zu solchen Kleinserien zählen beispielsweise
Scheinwerfergehäuse für hochpreisige Pkw,
Lenkkomponenten für Rechtsfahrer oder Gehäuse
von Spezialmaschinen. Ein bedeutender Sektor ist
nicht zuletzt der Leichtbau für Flug zeuge und
Automobile – Leichtbau ist beispielsweise im
Verkehrssektor unbestritten ein unverzichtbares
Konstruktionsprinzip, um Kraftstoff ver brauch
und Emissionen zu senken.
Ein anderes Einsatzfeld neben den Kleinserien
sind individuell angepasste Bauteile. Dazu gehören
zum Beispiel medizinische Hilfsmittel wie
Hörgeräte, Implantate, OP­Besteck und Bohr hil fen
für Operationen, aber auch Helme und Schuhe für
den Profisport oder Atemschutzmasken. Die AM­
Technologie macht solche individuelle Teile erst
20 elements32 evonik science newsletter
Foto: .MGX by Materialise

möglich, denn die Werkzeugkosten für die Herstellung
eines einzigen Bauteils sind indiskutabel.
Das Handling der verschiedenen Vari an ten erfolgt
ausschließlich über Software­Lösungen – von
der Aufnahme und Bearbeitung der individuellen
Daten bis hin zu einem einzelnen Bau daten satz
für jedes Teil.
Die Industrie hat für die werkzeuglose Fertigung
mittlerweile eine ganze Reihe von Spielarten
entwickelt: Statt fester Partikel gibt es Verfahren,
die in flüssigen Bädern ablaufen, andere
arbeiten mit Strängen, die zu einem Bauteil aufgeschichtet
werden. Statt mit einem Laser kann
die einzelne Schicht durch Aufdüsen oder Drucken
von Bindemittel oder Klebstoffen geformt werden.
Eines ist all diesen Verfahren gemeinsam:
Sie können selbst komplexeste Formen in einem
Arbeitsgang umsetzen. Und sie sind flexibel. Ohne
großen apparativen Aufwand kann das Bauteil so
lange durch Änderung der räumlichen Kon struktionsdaten
verändert und optimiert werden, bis es
exakt den Kundenwünschen und technischen Anforderungen
entspricht.
Neue Funktionalitäten durch
maßgeschneiderte Kunststoffe
Thermoplastische Kunststoffe sind ideal für Ad ditive
Manufacturing: Sie sind leicht zu pulverisieren,
lassen sich gezielt schmelzen und können in
ihren chemischen und physikalischen Eigenschaften
maßgeschneidert werden. Im Geschäftsgebiet
High Performance Polymers von Evonik
beschäftigen sich Experten seit rund zehn Jahren
mit der Entwicklung von thermoplastischen
Kunst stoffen für das AM.
Mit der Umsetzung von Kleinserien durch
Additive Manufacturing stiegen auch die Anforderungen
an die Materialien: Der Flugzeugbau
verlangt nach Polymeren, die besonders hohe
Tem peraturen aushalten, ebenso nach solchen,
die schwer entflammbar sind, die Sport­ und die
Schuhindustrie fordern weiche Materialtypen,
um Bauteile mit hoher Flexibilität herzustellen.
So hat Evonik ein besonders flexibles Polyamid
(PA) entwickelt, das acht Mal biegsamer ist und
eine um den Faktor fünf höhere Bruchfestigkeit
besitzt als das Standardmaterial (Abb. 3). Eine andere
Entwicklung, nämlich PEEK­Pulver für Lasersintern,
zeichnet sich durch ihren hohen Schmelzpunkt
bei 340 Grad Celsius aus – sie ist für Bauteile
geeignet, die im Betrieb hohen Tem pe ra turen
ausgesetzt sind. Durch solche optimierten
Polymere werden neue Funktionalitäten möglich,
gleichzeitig öffnen sich Wege, andere Materialien
wie beispielsweise Metalle durch Kunst stoffe zu
elements32 evonik science newsletter
Lasersintern ermöglicht Schichtdicken
im Millimeterbereich
D e S i G n i n G w i t H P o l Y M e r S
Abbildung 2. Bei kleinen Stückzahlen sind additive Fertigungstechniken deutlich
wirtschaftlicher als der Spritzguss; letzterer zahlt sich wegen der hohen Investitionskosten
für das Werkzeug erst in der Massenproduktion aus. Die Stückzahl, ab der
der Spritzguss Kostenvorteile bietet, hängt unter anderem von Größe und Komplexität
des zu fertigenden Formteils bzw. des Werkzeugs ab
Kosten pro Einheit
Spritzguss
Abbildung 3. Vergleich der Materialeigenschaften eines Standardpolyamids und eines
speziell für das Additive Manufacturing entwickelten, besonders flexiblen Polyamids
Bei den Polymeren konkurriert das Additive
Manu facturing mit Extrusion und Spritzguss. Ein
für Kunststoffe besonders geeignetes Verfahren
ist das selektive Lasersintern (SLS). Mit SLS können
Schichten von 0,15 mm Dicke erzeugt werden.
Auch noch wesentlich dünnere Schichten
sind möglich (bis 0,08 mm), allerdings wird das
Handling des Pulvers dann schwierig, weil die
winzigen Partikel durch die inneren Anzie hungskräfte
nicht mehr rieseln. Chemische Rieselhilfen
können die Haftung zwar vermindern, allerdings
besteht die Gefahr, dass sich die Wärmeleitfähigkeit
der gesinterten Schicht an den Rändern verändert
und die Prozessfähigkeit negativ beeinflusst. Der
Begriff Lasersintern ist historisch gewach­
ersetzen. >>>
Additive Manufacturing
Anzahl Einheiten
Standardmaterial Neues flexibles Material
E-Modul 1.700 MPa 100-250 MPa
(246.500 psi) (14.500­36.200 psi)
Bruchdehnung 15 % >100 %
Zugfestigkeit 45 MPa 8 MPa
(6.250 psi) (1.160 psi)
Kerbschlagzähigkeit 3,5 KJ/m² Kein Bruch
Schmelzpunkt 186 °C 150 °C
(366 F) (302 F)
Auffrischungsrate 50 % Nicht notwendig
21

Hergestellt in einem
Stück durch selektives
Lasersintern: der
Faltstuhl One_Shot
.MGX von Materialise.
Der Stuhl ist unter
anderem im Museum
of Modern Art in
New york ausgestellt
sen und etwas irreführend: Es handelt sich dabei
um einen drucklosen Prozess, der für jede Schicht
nur eine kurze Bearbeitungszeit benötigt – gerade
soviel, dass die Bauteil bildenden Bereiche
schmel zen und zu einem geschlossenen Schmelzefilm
verlaufen.
Zum Einsatz kommt bei Polymeren ein CO 2­
Laser, der Teile der Polymerkette direkt anregt,
ohne dass ein Absorber nötig wäre. Die Laser geschwindigkeit
liegt in der Regel bei 5 bis 10 m/sec,
ein Bauteil „wächst“ unter diesen Be din gun gen
um zwei bis drei Zentimeter pro Stunde. Es kann
aber nahezu ohne Ge schwin dig keits ver lust in der
gleichen Schicht eine Vielzahl an Bau teilen gleichzeitig
hergestellt werden – die Bau fläche kann
vollgepackt mit Teilen sein. Im Ver gleich zu anderen
Additive­Manufacturing­Technologien hat
das auf Pulver basierende La sersintern den Vorteil,
dass das Pulverbett um das Bauteil die Funktion
einer allseitigen Stütze übernimmt – spezielle
Stützkonstruktionen, die auskragende Formen
in Position halten, sind überflüssig.
Da nicht nur das Material selbst, sondern auch
der Fertigungsprozess auf die technischen Eigenschaften
eines Teils Einfluss nehmen, unterscheiden
sich die Parameter von AM­Produkten und
spritzgegossenen Produkten. Vergleichende Messungen
zeigen, dass Dichte, und Dehnung eines
schichtweise hergestellten Teils geringer sind,
Elastizitätsmodul und Bruchfestigkeit dagegen
höhere Werte zeigen (Abb. 4).
Neue Anforderungen durch Kleinserien
Neben neuen Materialeigenschaften stellt der
Ein satz in der Serienfertigung noch weitere Anfor
derungen an den Lasersinterprozess. So bekom
men Wiederholbarkeit und Verlässlichkeit
eine ganz neue Bedeutung – die gesamte Qua litäts
siche rung muss sichergestellt werden, was
zuvor im Prototypengeschäft im Prinzip keine
Rolle spielte.
An der Herausforderung, diesen Übergang
von der Prototypenherstellung in die (Klein­)
Serienfertigung zu schaffen, arbeitet seit vergangenem
Jahr auch das Direct Manufacturing
Research Center (DMRC) an der Universität von
Paderborn. Das DMRC ist ein Zusammenschluss
von acht Firmen und Forschungseinrichtungen
und wird von der nordrhein­westfälischen Landesregierung
finanziell unterstützt. Die vier
Grün dungsunternehmen – neben Evonik auch
Boeing, EOS und MTT Technologies – werden
über die Vertragslaufzeit von fünf Jahren insgesamt
zwei Millionen Euro in das DMRC investieren.
Die beteiligten Experten beschäftigen sich
seit der Eröffnung im Mai 2009 vor allem mit
22 elements32 evonik science newsletter
Photo: .MGX by Materialise

praktischen Fragen, beispielsweise dem Tempera
turmanagement der eingesetzten Maschinen
oder den Langzeiteigenschaften gesinterter Teile.
So plötzlich, wie eine gute und überzeugende
Idee für eine neue Technologie entstehen kann,
so schwer tut sie sich manchmal, in den Köpfen
der entscheidenden Akteure auch anzukommen.
Das gilt auch für Additive Manufacturing. Die
Bedingungen zum „Freedom of Design“ bzw.
„Functional Driven Design“ werden an vielen
Hochschulen nicht oder nicht ausreichend genug
gelehrt. Ingenieure sind heute zwar mit den herkömmlichen
Verfahren intensiv vertraut, können
aber in der Regel mit der neuen Gestaltungsfreiheit,
die Additive Manufacturing ihnen eröffnet, wenig
anfangen. Denn Additive Manufacturing setzt voraus,
dass grundlegend anders konstruiert wird,
da der Konstrukteur in kompletten Funktio na litäten
denken muss und nicht mehr in entkoppelten
Einzelteilen.
Normen als Wegbereiter
Mangelnde Ausbildung an den Hochschulen ist
nicht die einzige Hürde. Werkzeuglose Fertigungs
verfahren wurden in der Vergangenheit
recht unsystematisch entwickelt, angepasst und
eingesetzt. Daher existieren bislang keine Normen,
die die Verbreitung der Verfahren voranbringen
und die Beurteilung der entstehenden
Pro dukte vereinheitlichen würden. Das führt dazu,
dass die Prüfung von Bauteilen – je nach angewandtem
Parameterset – beispielsweise bei
E­Modul, Zugfestigkeit und Dehnung zu unterschiedlichen
Werten kommt (Abb. 5). Allerdings
arbeitet die ISO ebenso wie der ASTM derzeit daran,
erste Normen für das Lasersintern zu entwickeln.
Zur Herstellung von Prüfkörpern ist die
ISO 27547­1 bereits in Kraft. Auch eine VDI­
Richtlinie wurde bereits erarbeitet.
Trotz der noch bestehenden Hürden und offenen
Fragen wird die Bedeutung von AM innerhalb
der nächsten zehn Jahre merklich zunehmen.
Denn die Vorteile wiegen schwer: Entwickler
können funktionale Hohlstrukturen in Kleinserie
fertigen, die Strukturen lassen sich passgenau an
die späteren Belastungen anpassen, die Bauteile
können mit vorgegebenen Porositäten oder
Oberflächen maßgeschneidert werden, außerdem
werden besonders leichte Bauteile möglich. Die
Luftfahrtindustrie ist hier einer der Vorreiter. Die
Boeing­787 hat bereits heute rund 30 SLS­ge sinterte
Bauteile eingebaut. Nach Schätzungen von
Airbus Industries wäre ein konsequent mit Hilfe
von Additive Manufacturing gefertigtes Flugzeug
30 Prozent leichter und 60 Prozent günstiger als
heutige Maschinen.
elements32 evonik science newsletter
D e S i G n i n G w i t H P o l Y M e r S
Abbindung 4. Vergleich der technischen Eigenschaften eines durch
Lasersintern erzeugten und eines spritzgegossenen Formteils
Testmethode Durch Lasersintern Spritzgegossenes
erzeugtes Formteil Formteil
Dichte g/cm³ DIN 53479 0,95 1,04
E-Modul MPa DIN 53457 1.700 1.400
Zugfestigkeit MPa DIN 53455 48 46
Dehnung % DIN 53455 18 >50
Abbildung 5. Je nach Parameterset liefert die Prüfung ein und desselben
Bauteils unterschiedliche Werte und erschwert so dessen Beurteilung.
Normen sollen hier Abhilfe schaffen
Prüfmethode Parameterset 1 Parameterset 2 Parameterset 1,
senkrecht gebaut
Dichte g/cm³ 0,91 0,9 0,91
E-Modul MPa DIN 53457 1.872 1.920 1.921
Zugfestigkeit MPa DIN 53455 49 48 49
Dehnung % DIN 53455 18,2 8,4 7
Ressourcen­ und Energieeffizienz – verknüpft
mit einer kostengünstigen Fertigung – sind die
zen tralen Herausforderungen der Zukunft, will
Deutschland in einer sich rasch verändernden
Welt wettbewerbsfähig bleiben. In der Vergan genheit
waren es oft Querdenker, die mit ihren Ar beiten
einer neuen Technologie zum Leben verholfen
haben. Solche Querdenker spielen auch bei
Additive Manufacturing eine Rolle. Sicher ist, dass
über kurz oder lang Additive Manufacturing Technologien
zu einem wichtigen Baustein werden, um
die moderne industrielle Produktion auf kosten­
und ressourceneffiziente Beine zu stellen. l
SyLVIA MONSHEIMER
Jahrgang 1965
Sylvia Monsheimer ist im Geschäftsgebiet
High Performance Polymers
von evonik global verantwortlich
für die Marktentwicklung des Additive
Manu facturing, nachdem sie zuvor
die Ab teilung Strategische innovationsprojekte
des Geschäfts gebiets geleitet
hatte. nach dem Studium des Bauingenieurwesens
kam sie 1989 zu evonik,
wo sie seither in den verschiedensten
Funktionen in der Anwendungstechnik für Hochleistungskunststoffe
tätig war. Mehr als 10 Jahre lang beschäftigte sie sich mit
der Pulverentwicklung und Anwendungstechnik für das selektive
laser sintern und andere werkzeuglose Prozesse und hat diese
Aktivität bei High Performance Polymers geprägt.
+49 2365 49-5911, sylvia.monsheimer@evonik.com
23

27 Mitarbeiter von evonik unterrichten derzeit an deutschen Hochschulen
Dem Nachwuchs verpflichtet
Überfüllte Hörsäle, mit denen sich so mancher BWL­,
Jura­ oder Germanistikstudent in Deutschland plagt,
kennen angehende Ingenieure und Chemiker nur
vom Hörensagen. Doch auch wenn sie mühelos einen
Praktikumsplatz im Labor oder ein Thema für ihre
Abschlussarbeit finden, erkennt so mancher im Nachhinein,
dass die Randbedingungen trotzdem nicht immer günstig
waren – wenn er nämlich die ersten Schritte in der industriellen
Forschung macht und feststellt, dass nicht alles, was im
Labor machbar ist, sich auch im Großmaßstab umsetzen
lässt. Denn verglichen mit Master­ und Promotionsarbeiten
bewegt sich die industrielle Technik in einem komplexen
Wechselspiel aus Innovation, Wirtschaftlichkeit, Nachhaltigkeit,
Verwaltungsvorschriften und Normen.
„Die Absolventen sind Experten auf dem Themengebiet
ihrer Abschlussarbeit, doch ihnen fehlt der Blick für wirtschaftlich
attraktive Prozesse“, hat Prof. Dr. Karlheinz Drauz
beobachtet. Er kennt beide Seiten: Gut 30 Jahre hat er für
Evonik gearbeitet, seit 22 Jahren lehrt er an der Uni Würzbug
industrielle Chemie, davon 18 Jahre als Honorarprofessor. Er
ist einer von 27 Mitarbeitern von Evonik, die zusätzlich zum
Berufsalltag an deutschen Hochschulen Vorlesungen halten.
Ebenso wie Dr. Manfred Nagel, der im Bereich Verfahrenstechnik
& Engineering von Evonik arbeitet. Der 44­jährige
Ingenieur lehrt seit drei Jahren Verfahrenstechnik am
KIT – dem Karlsruher Institut für Technologie – und kann
sich noch gut an seine eigene Studienzeit erinnern: „Mir
selbst hat damals der Praxisbezug gefehlt“, erzählt er. „Die
Studenten heute sind zwar unglaublich offen für Neues, flexibel
und zielstrebig, aber sie haben nur ein sehr unscharfes
Bild davon, wie der Berufsalltag eines Ingenieurs aussieht.“
Das Bild zu schärfen ist das Anliegen von Evonik. Drauz
zum Beispiel lehrt zwar organische Chemie, doch gehören
dazu für ihn nicht nur technische Wirkstoffsynthese, Biotech
nologie und Vitaminherstellung, sondern auch Chemikalienrecht,
das „In Verkehr bringen“ von Chemikalien und
ihre Entsorgung. Zusätzlich hat er auch BWL­Professoren
engagiert, die den Studenten einen Einblick in das wirtschaftliche
Rüstzeug eines Industriechemikers vermitteln
sollen, „das ver ursacht natürlich Kosten, die Evonik großzügig
trägt“, sagt er. „Exkursionen an verschiedene Evonik­
Produk tionsstandorte runden das Angebot ab.“
Auch die Verfahrenstechnik von Evonik, traditionell der
Einstiegsbereich für Ingenieure in den Konzern, legt Wert
auf Praxisnähe. Gemeinsam mit seinem Kollegen Prof. Dr.
Herbert Riemenschneider hält Nagel eine Woche pro Jahr
eine Blockvorlesung, die mit einer eintägigen Exkursion der
Studenten an den Evonik­Standort Hanau endet. Auf dem
Pro gramm stehen dann Besichtigungen von Technika, Produk
tionsanlagen, Projekthäusern und virtuellen Chemieanlagen,
Gespräche mit berufserfahrenen Ingenieuren und
schließlich mit den Personalern über die beruflichen Perspek
tiven. „Das kommt extrem gut an, weil die Studenten
wissen wollen, wie ein Unternehmen tickt“, bestätigt Nagel,
„Bei dem Besuch vor Ort sehen sie nicht nur, wie vielfältig
der Ingenieursberuf ist, sondern auch, dass neben fachlichem
Können soziale Kompetenzen und Teamfähigkeit
wichtig sind.“
Soviel Engagement vermittelt auch Vertrauen: Drauz hat
im Lauf der Jahre so manchen Studenten unterstützt, der Rat
braucht – wegen Zusatzstudium, Auslandsaufenthalt,
Bewerbung, Stipendien oder den Chancen von Frauen in der
Industrie. Das kostet Zeit, doch die Doppelbelastung aus
Lehre an der Hochschule und Arbeit im Unternehmen war
nie ein Problem. „Das Unternehmen unterstützt mich in jeder
Hinsicht“, betont Drauz. Und hat dafür auch einiges zurückbekommen.
„Im Lauf der Jahre erkennt man sehr genau,
wer wirklich gut ist“, weiß Drauz, der etliche Studenten über
viele Semester begleitet hat. „Und die rekrutiert man dann
natürlich für das Unternehmen.“ So mancher hervorragende
Hochschulabsolvent habe von Würzburg den Weg ins Unternehmen
gefunden und Karriere gemacht.
Ein Thema, das auch Nagel bewegt. „Evonik gilt als einer
der Toparbeitgeber für Chemieingenieure und Verfah renstechniker“
erklärt er. „Dieser Ruf lebt auch davon, dass wir
unser Netzwerk gut pflegen und Kontakte zu jungen Talenten
aufbauen.“ Das KIT sei hierfür eine ideale Einrichtung.
Mit rund 8.000 Mitarbeitern ist es die größte deutsche und
auch weltweit eine der größten Forschungseinrichtungen,
„die nicht nur über exzellente Forscher, sondern auch über
eine exzellente Ausstattung verfügt und deshalb viele begabte
junge Wissenschaftler aus dem In­ und Ausland anzieht“,
so Nagel. „Und wie jedes Unternehmen suchen auch wir
nach den Besten.“
Zum Networking gehört auch der Kontakt zu den Hochschulkollegen,
und Drauz hat so manchen vom Reiz der industriellen
Chemie überzeugen können: „In meinen Vorlesun
gen sitzen auch Profs, weil ich als Industriechemiker
Erfahrungen habe, die ihnen naturgemäß fehlen. Einige haben
sogar den Stoff meiner Vorlesungen in den Prüfungsstoff
aufgenommen.“ Die Hochschulatmosphäre und den Kontakt
mit jungen Chemikern, die ihren Weg suchen, will er nicht
missen. Deshalb wird er, obwohl er zum 31. August in den
Ruhestand gegangen ist, in den nächsten Jahren weiter lehren.
„Ich finde es wichtig, zu wissen, wie die jungen Leute
von heute denken und mich mit ihnen auseinander zu setzen“,
sagt der Vater von zwei erwachsenen Söhnen, die beide
auch studieren. „Und ich will die Faszination, die die
Naturwissenschaften auch für einen Industrieforscher bereithalten,
weitergeben“, fügt er hinzu. „Es ist eine Be reicherung
– beruflich, aber auch persönlich“, bringt Nagel es
auf den Punkt. l
24 elements32 evonik science newsletter

Hochschule
FH Aachen
universität
Bochum
FH Darmstadt
tu Darmstadt
tu Dortmund
tu Dresden
universität
erlangennürnberg
FH Frankfurt
universität
Hannover
universität
Hohenheim
kit*
karlsruhe
universität
kassel
universität
Magdeburg
universität
Münster
FH Münster/
Steinfurt
universität
Siegen
universität
Stuttgart
universität
würzburg
1
2
3
4
5 Bauingenieurwesen/Gebäudetechnik
6 kunststofftechnik im rahmen des Masterstudiengangs
Polymerwissenschaften
7 wirtschaftschemie
8 kunststoffverarbeitung und Spezielle
Probleme der kunststofftechnik
9 kunststofftechnik/kunststoffe und umwelt
10 verfahrenstechnik/Apparate­ und rohrleitungsbau
11 verfahrenstechnik/Prozess­ und Anlagenplanung
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
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25
26
27
Fach bzw. Lehrauftrag
elements32 evonik science newsletter
Angewandte Polymerwissen schaften/in du strielle
Aspekte der kunststofftechnologie
theoretische chemie
technische chemie/Prozesskunde
Gewerblicher rechtsschutz für ingenieure
Material­ und nanochemie
industrielle anorganische chemie
institut für Pflanzenproduktion und Agrarökologie
in den tropen und Subtropen;
Pflanzenschutzmittel
verfahrenstechnik
verfahrenstechnik
energietechnik
* karlsruher institut für technologie
verfahrenstechnik/Micro Process
engineering
Makromolekulare chemie
Patentinformationen
chemikalienrecht, reAcH
verfahrenstechnik/industrielle kristallisation
chemical engineering/umwelttechnik,
Anlagenengineering
industrielle anorganische chemie
industrielle organische chemie und
industrielle Biotechnologie
verfahrenstechnik
industrielle organische chemie
H o c H S c H u l e
Ruhestand für Prof. Dr. Karlheinz Drauz
Prof. Dr. karlheinz Drauz (60) ist
zum 31. August 2010 in den ruhestand
gegangen. Gut 30 Jahre lang
war er im Geschäfts feld chemie
von evonik in verschiedenen Po ­
si tionen tätig, zuletzt als vice
Presi dent international Scientific
rela tions im Bereich innovation
Management chemicals & creavis. in dieser Funktion hat
er in den vergangenen fünf Jahren die internationale Hochschullandschaft
im Hinblick auf für evonik interessante themen
evaluiert, bestehende kontakte zu technologie zentren,
Forschungsinstituten und Hochschulen vertieft und neue
kontakte zu potenziellen kooperations part nern geknüpft;
regionale Schwerpunkte waren dabei osteu ro pa und Asien.
in dieser Zeit hat er eine Datenbank aufgebaut, die nicht
nur das kooperationsgeschehen von evonik abbildet, sondern
auch informationen über mögliche interessante koopera
tionspartner bereit hält. Mehr als 5.000 Hochschulkontakte
sind dort hinterlegt, die ein breites themenfeld abdecken –
von Materialwissenschaften über nachwachsende rohstoffe
bis hin zur erzeugung und Speicherung von energie. „ich
habe meine Aufgabe darin gesehen, den operativen Bereichen
den weg zu bereiten für kooperationen“, so Drauz. „Die
Datenbank, zu der alle Geschäftsbereiche Zugang haben, hat
sich mittlerweile als wichtiges Arbeitsmittel bei der Suche
nach einem kooperationspartner bewährt.“ Darüber hinaus
hat Drauz in china ein wissenschaftliches Beratergremium für
evonik etabliert, dem mit Prof. Pingkai ouyang (Präsi dent
der nanjing university of technology), Prof. charles c. Han
(Direktor des Joint lab of Polymer Science and Materials)
und Prof. Sishen Xie (leiter des nationalen Zentrums für
nanowissenschaften und nanotechnologie) drei der bekanntesten
wissenschaftler chinas angehören.
Der promovierte chemiker Drauz, der an der techni schen
universität Stuttgart studierte, begann seine laufbahn bei
evonik 1980 als laborleiter im Bereich Forschung & ent wicklung
Aminosäuren in Hanau­wolfgang. 1994 übernahm er
die leitung der Hauptabteilung Forschung und entwicklung
Feinchemikalien und war dabei auch für die wirkstoff produk
tion am Standort wolfgang verantwortlich. Ab Anfang
2002 leitete er den Bereich technology and research Management
in der Feinchemie bis er ende 2003 die Aufgabe eines
chief technology officer im früheren Geschäftsbereich
exclusive Synthesis & catalysts übernahm. Schwerpunkte
seiner wissenschaftlichen tätigkeit waren die Synthese von
Aminosäuren, Peptiden und biologisch aktiven verbindun gen,
die asymmetrische Synthese, Metall­ und Biokatalyse sowie
die Prozessentwicklung. er ist an 160 Patenten und Patentanmeldungen
beteiligt und hat seine Arbeiten in 95 wissenschaftlichen
Publikationen veröffentlicht. Darüber hinaus ist
Drauz seit 1992 Honorarprofessor für organische chemie an
der Julius­Maximilians­universität würzburg.
25

H o t S t A M P i n G
Mit Sicherheit auffallen
Mit dem Bindemittel DeGAlAn® macht evonik industries den euro sicherer, schützt Fußballfans
vor Betrügern und verhilft verpackungen zu einem edleren Äußeren. Denn in einer Zeit, in der
Produkte zunehmend austauschbar werden, gewinnt die optik immer mehr an Bedeutung. ohne
die veredelung von verpackung oder etikett durch Hot Stamping, ein spezielles Druckver fahren,
würden kosmetika, Spirituosen oder Süßigkeiten heutzutage kaum aus der Menge hervorstechen.
Produktaufwertung und Verpackungsveredelung liegen
voll im Trend. Das gilt für Markenartikel und
No­Name­Produkte gleichermaßen. Gerade in
wirt schaftlich schwierigen Zeiten ist es besonders
wichtig, Produkte anzubieten, die sich von der Masse sichtbar
abheben, denn Aufmerksamkeit ist ein knappes und
wertvolles Gut. Um die Kunden anzusprechen, müssen Flaschen,
Flakons und andere Verpackungen daher hochwertig
gestaltet sein. Dass Produkte zu einem echten Blickfang
werden, dafür sorgt Evonik. Unter dem Markennamen
DEGALAN® vertreibt der Geschäftsbereich Coatings &
Additives einen Lackrohstoff auf Basis von Methacrylaten,
der als Bindemittel in Lacken und Druckfarben zum Einsatz
kommt und einen entscheidenden Beitrag beim Bedrucken
von Etiketten und Verpackungen leistet.
Aber wie kommt das farbenprächtige Etikett eigentlich
auf die Weinflasche, wie der filigrane Schriftzug auf die
Pralinenschachtel und das goldene Kosmetiklogo auf den
Eyeliner? Die Antwort lautet Hot Stamping. Dahinter verbirgt
sich ein spezielles Druckverfahren, bei dem zunächst
ein Negativbild in mehreren aufeinander aufbauenden
Lack schichten auf eine Polyesterfolie aufgetragen wird. Um
das Bild auf das gewünschte Produkt – sei es die Pralinenschachtel,
der Eye liner oder die Weinflasche – aufzubringen,
wird die beschichtete Folie um 180 Grad gedreht
und un ter Hitze und Druck auf ge presst. Durch
die Wärmezufuhr, Druck und die als
letztes aufgetragene Kleberschicht
lösen sich die Lackschichten von
der Folie und verbinden sich
mit dem Un tergrund.
Aufgetragen werden mehrere Schichten, unter anderem
eine Designschicht, die oftmals noch eine zusätzliche Metallschicht
enthält, und ein Schutzlack. Ein Kleb stoff stellt sicher,
dass die Lackschichten an dem Untergrund haften. Ein
Trennlack, der zwischen Folie und Lackschicht eingebettet
ist, sorgt dafür, dass die Trennung von Polyesterfolie und
Druck schichten sauber vonstatten geht.
Der große Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass die
verschiedenen Schichten in einem einzigen Vorgang übereinander
gedruckt werden können. Die besonderen Farbeffekte,
Metallisierungen und Prä gungen für Hologramme,
die dadurch ent stehen, könnten durch eine mehrmalige Beschichtung
auf dem zu bedruckenden Untergrund so nicht
hergestellt wer den. „Im Gegen satz zum Offset­ oder Digi taldruck
birgt dieses Druckverfahren daher ein viel breiteres
Spektrum an Techniken, insbesondere für Produkte mit
hochwertigem oder sehr kleinteiligem Erscheinungsbild sowie
für metallisch glänzende Designs“, erklärt Andreas
Olschewski, Global Technical Sales Manager im Geschäftsbereich
Coatings & Additives von Evonik.
Das Ergebnis kann sich sehen lassen: ein gestochen
scharfes Motiv mit feinen und klaren Konturen. Möglich
macht dies DEGALAN®. Da es als Co­Bindemittel in den einzelnen
Lackschichten verwendet wird, entsteht eine konturenscharfe
Abbildung und die Farbe des Druckbildes ist brillanter.
Je nach dem, welche Bindemittel eingesetzt werden,
bewirkt es aber noch mehr: Der Lackrohstoff verbessert die
Filmhärte der Schutzlacke und ist somit beständig gegen die
hohe Prägetemperatur, kann aber auch die Klebekraft erhöhen,
und sorgt so für eine bessere Haftung auf dem
Untergrund.
Zum Schutz vor Fälschungen werden Holo gramme
auf die Euroscheine aufgedruckt, weil diese
sehr schwer zu kopieren sind. Hergestellt werden
sie im Hot-Stamping-Verfahren, für das Evonik
das Produkt DEGALAN® anbietet
elements32 evonik science newsletter

Beim Hot-Stamping-Verfahren wird ein Negativbild aus mehreren auf-
ein ander aufbauenden Lackschichten auf eine Folie appliziert. Die beschichtete
Folie wird dann umgedreht und durch Wärmezufuhr sowie Druck
auf das gewünschte Produkt aufgepresst. Dank der Kleberschicht lösen
sich die Lackschichten von der Folie und verbinden sich mit dem
Untergrund
Trägerfolie (wird abgelöst)
„Das Produkt hat sich erfolgreich am Markt positioniert.
Viele Her steller greifen gerne auf Binde mittel der
DEGALAN® Familie zurück, weil sie damit immer ein exzellentes
Ergebnis erhalten“, sagt Olschewski. Zu den Kunden
von Evonik gehören Anbieter der Heiß prä ge tech no logie,
die weltweit agieren. Das Anwen dungsspektrum ist groß:
Nicht nur in der grafischen Industrie, auch in der Holz verarbeitungs­
und Möbelindustrie werden Heißpräge folien
verwendet. Ein Beispiel ist die Wurzelholzoptik, die dank
DEGALAN® täuschend echt aussieht, und unter anderem in
der Mittelkonsole von Fahrzeugen zum Einsatz kommt.
Damit Originale auch Originale bleiben
Das Druckverfahren dient aber nicht nur zur besonders attraktiven
Ausgestaltung von Produkten, es bietet auch einen
effektiven Schutz vor Fälschungen. Beispiel Euro­Banknoten:
Eines der Sicherheitsmerkmale ist das Hologramm. Kippt
man den Geldschein, erscheinen im Folienstreifen, je nach
Betrachtungswinkel, die Wertzahl der Banknote und das
Eurosymbol vor einem regenbogenfarbenen Hintergrund.
Anhand des Hologramms kann so die Echtheit der Banknote
überprüft werden. Hergestellt wird es im Hot­Stamping­
Verfahren.
Auf Geldscheinen ist DEGALAN® also genauso enthalten
wie auf Bank­ und Kreditkarten, Ausweisen oder Doku menten.
Auch auf Eintrittskarten für Konzerte oder Fußballspiele
glänzen Hologramme und fast jeder trägt sie mit sich herum.
Da sie sehr fälschungssicher sind und sich bis heute nicht
elements32 evonik science newsletter
Trennschicht
Schlusslackschicht
Designschicht
Klebeschicht
Lackverbund
c o A t i n G & B o n D i n G t e c H n o l o G i e S
Eintrittskarten, beispielsweise für Fußballspiele, sind besonders
durch Nachahmung und Fälschung gefährdet. Durch Hologramme
als heißgeprägte Sicherheitsfolie werden Tickets fälschungssicher
vervielfältigen lassen, finden sie auch immer häufiger Einsatz
als Schutz vor Marken­ und Produktpiraterie. Nachahmungen
und Fälschungen haben mittlerweile eine nicht zu
unterschätzende wirtschaftliche Dimension erreicht, die
sich in beträchtlichen Umsatzeinbußen widerspiegelt und
die deutsche Wirtschaft erheblich belastet.
Oftmals sind Produktfälschungen nicht auf den ersten
Blick zu erkennen, da die Verpackungen ziemlich gut nachgemacht
sind. Mit Heißprägefolien werden optische Echtheits­
und Sicherheitsmerkmale wie Hologramme auf Produkte
gedruckt, die ganz spezifische Eigenschaften aufweisen,
äußerst komplex und schwer kopierbar sind. DEGALAN®
schützt somit auch Marken und Produkte. Und ermöglicht
den Kunden, Originale von gefälschter Massenware zu unterscheiden.
l
ANDREAS OLSCHEWSKI
Andreas olschewski arbeitet seit
mehreren Jahren als Global technical
Service Manager im Geschäftsbereich
coatings & Additives von evonik;
sein Schwer punkt ist die anwendungstechnische
Beratung im Bereich
Acrylharze. nach einer Ausbildung
zum lacklaboranten absolvierte er
ein Studium an der Fach hochschule
für Druck in Stuttgart, das er als
ingenieur mit Schwerpunkt lacke
und Farben abschloss. 1980 begann er seine berufliche laufbahn in
der Anwen dungstechnik Acrylharze der evonik röhm GmbH.
+49 6151 18-4784, andreas.olschewski@evonik.com
27

P e r c A r B o n A t
Das umweltfreundliche Bleichmittel
DR. STEFAN LEININGER
Der Beruf des Seifensieders, der aus Tierfett
und Asche Seifen für Rei nigungszwecke
herstellte, entwickelte sich im
mittel­ und südeuropäischen Raum etwa
ab dem 4. Jahrhundert. Wäschewaschen war
harte Arbeit – die Wäschestücke mussten zum
Entfernen von Schmutz gerieben oder geschlagen
werden. Hartnäckigen Flecken rückte die
Waschfrau mithilfe der „Rasenbleiche“ zu Leibe,
indem sie die feuchte Wäsche auf dem Rasen ausbreitete.
Im chemischen Zusammenspiel von
Feuchtigkeit, Sonnenlicht und dem Chlo ro phyll
der Pflanzen bilden sich aktiver Sauerstoff und
Ozon, die beide oxidierend und bleichend wirken.
Die Entwicklung moderner Waschmittel nahm
ihren An fang mit der Entdeckung von Natri umperborat­Tetra
hydrat (NaBO 3*4H 2O) im Jahr
1898 und den darauffolgenden technischen Entwicklungsarbeiten
bei der ehemaligen Degussa
durch Otto Liebknecht. Unter dem Namen Oxygenol
brachte das Unternehmen 1904 erstmals
Nat rium perborat unvermischt und in Pulverform
für Waschmittel auf den Markt. War der kommerzielle
Erfolg anfangs noch überschaubar, so
änderte sich die Situation mit dem Interesse des
Die Rasenbleiche: Wird feuchte Wäsche
auf Rasen gelegt, entstehen aus Feuch tigkeit,
Sonnenlicht und Chlorophyll aktiver
Sauerstoff und Ozon, die oxidierend
und bleichend wirken
28 elements32 evonik science newsletter

für wachstumsmärkte
Wasch mittelherstellers Henkel schlagartig. Am
6. Juni 1907 brachte die Firma Henkel das erste
„selbsttätige“ Waschmittel unter dem Markennamen
Persil® auf den Markt, das die bisherige
Rasenbleiche überflüssig machte. Persil® enthielt
neben 15 Gewichtprozent Perborat als Haupt komponente
85 Pro zent von Henkels silikathaltiger
Bleichsoda. Ohne Reiben und separates Bleichen
war die Wäsche nach einmaligem Kochen mit
Persil® sauber und hygienisch rein.
Wurde Natriumperborat­Tetrahydrat in den
ersten Jahren noch durch Umsetzung von auf
elektrochemischem Wege hergestelltem Natrium
peroxid mit Borsäure produziert, so konnte
mit der Entwicklung eines Direkt elektrolyse verfahrens
basierend auf wässriger Boratlösung der
ständig steigende Bedarf ab 1920 aus dem Werk
Rheinfelden bedient werden. Mit der höheren
Verfügbarkeit von Wasserstoffperoxid, das seit
1910 im österreichischen Weißenstein und ab 1928
in Rheinfelden elektrochemisch über Peroxodischwefelsäure
hergestellt wurde, konnte die
Produktion sukzessive auf den noch heute aktuellen
Herstellungsprozess der Umsetzung von Natri
ummetaborat mit Wasserstoffperoxid umgestellt
werden.
elements32 evonik science newsletter
c o A t i n G & B o n D i n G t e c H n o l o G i e S
energiekrisen und ressourcenverknappung,
verbraucherverhalten und um welt schutz
spornen Forscher und entwickler immer
wieder zu Höchstleistungen und verbesserten
Produkten an – so auch im waschmittelmarkt.
trendsetter ist ein besonders stabiles,
granuliertes Percar bonat von evonik.
Aufgrund seiner ökotoxikologischen Überlegenheit
hat es auf dem europäischen
Markt das teure Perborat als Bleichkomponente
in den wasch mitteln bereits zum
größten teil abgelöst. Damit sichert es führenden
waschmittelher stellern die Marktführer
schaft in europa und bereitet zudem
den weg für einen sicheren und erfolg­
reichen einstieg in die wachstumsmärkte.
Moderne Vollwaschmittel – sauber,
rein und duftig
Vollwaschmittel sind immer ein Kind ihrer Zeit.
Neu­ und Weiterentwicklungen von Bestandteilen
und Formulie run gen fanden und finden stets im
Zusammenspiel mit Wasch gewohnheiten, Verbraucherverhalten,
gesetzlichen Bestim mungen
und Umweltschutz statt. Unverändert gültig bleiben
jedoch die Prinzipien der Waschwirkung:
Mechanische Kräfte, thermische Energie und
chemische Reaktionen leisten ganze Arbeit im
Kampf gegen Schmutz und Körperfett auf der
Wäsche. Und seit über 100 Jahren tragen Bleichmittel
unverändert zum Wascherfolg bei. Duftstoffe
schließlich verstärken den Eindruck von
Sauberkeit.
„Selbsttätige“ Waschmittel waren von Anfang
an ein Erfolg und wurden mit der steigenden
Kaufkraft und der Verfügbarkeit von Trommelwaschmaschinen
in den Jahren des deutschen
Wirtschaftswunders für fast alle Bevölkerungsschichten
erschwinglich. Mit dem stetig steigenden
Waschmittelabsatz stieg aber auch kontinuierlich
die Umweltbelastung. Eutrophierung, die
unerwünschte Zunahme des Nähr stoff ge­ >>>
29

Bleiche mit Perborat und Percarbonat
Vergleich zwischen normaler und aktivierter Bleiche
Remission [%] = Bleichwirkung
30
25
20
15
10
5
0
HO
HO
O O
B B
O O
Tee, Kaffee...
OH
OH
2 –
2 Na +
Aktivierungssysteme für Waschmittel
oder Na 2CO 3 • 1,5 H 2O 2
H 2O
H 2O 2 + OH – HOO – + H 2O
0 20 40 60 80
Bleichaktivierung
Persalz
Percarbonat
oder Perborat
Aktivierung
R
X
O
Temperatur [°C]
Oxidierter Fleck
Beispiel: TAED-Aktivierung
Persalz
OOH –
H 2O / OH –
TAED
Peressigsäure
H 2O 2 + OH – HOO – + H 2O
Aktivatoren
• TAED, NOBS
• Ester, Amid
• Nitril(quat)
H
O
Waschlauge
Katalysatoren
• Enzym/Mediator
• Metallkomplex
• O-Überträger
In-situ-Persäure (X=O, NH) Bleiche
Aktivierte Spezies
O
M
halts von Gewässern und dadurch bedingtes übermäßiges
Pflanzenwachstum als Folge der Verwendung
von phosphatbasierten Enthärtersystemen in
Waschmitteln, führte in den 1980er­Jahren zu einem
wachsenden Umwelt­ und Ökologie be wusstsein,
das letztendlich in ein Verbot phosphathaltiger
Waschmittel in Europa mündete. Moderne
Waschmittel enthalten heute entweder Zeolithe,
Polyacrylate oder Enthärtersysteme auf Basis nachwachsender
Rohstoffe (z. B. Zitrate, Aspartate),
um die Bildung von Kalkseifen zu verhindern.
Der eigentliche Prozess zum Entfernen von
Schmutz und Körperfett wird durch das Zusammenspiel
von mechanischer Energie (Trommelbe
wegungen der Maschinen), Temperatur in der
Waschlösung und chemischer Wirkung der Tenside
gesteuert. Tenside halten außerdem die
Schmutz­ und Fettpartikel im Waschwasser in der
Schwebe. Je weniger Wasser die modernen, Wasser
sparenden Waschmaschinen einsetzen, desto
mehr Dispergatoren muss das Waschmittel zur
Verfügung stellen. Sie verhindern, dass sich die
Schmutzpartikel in der konzentrierten Lösung
wieder auf der Faser ablagern und die Wäsche
vergraut.
In ihrem Kampf gegen eine Vielzahl unterschiedlicher
Flecken erhalten die Tenside Unterstüt
zung durch Enzyme und Bleichmittel. Enzyme
sind Proteine, die immer nur ganz bestimmte organische
Stoffe durch katalytische Wirkung umsetzen
und in kleinere Bausteine spalten können.
So werden eiweißhaltige Anschmutzungen durch
Proteasen, fetthaltige Anschmutzungen durch Lipa
sen und stärkehaltige Anschmutzungen durch
Carbohydrasen angegriffen.
Da immer mehr Nahrungsmittel mit nicht verwertbaren
Polysacchariden hergestellt werden
(z. B. kalorienreduzierte Produkte), enthalten
teure moderne Vollwaschmittel beispielsweise
auch Mannanase zur Entfernung dieser hartnäckigen
„Lifestyle“­Flecken. Cellulasen wiederum
lassen baumwollhaltige Kleidungsstücke glatt und
neu erscheinen, indem sie kleine abstehende Fasern
(Mikrofibrilionen) entfernen und so der
Ver grauung durch Anlagerungen an genau diesen
kleinen Fasern entgegenwirken.
Gegen andere Flecken, wie sie etwa Tee, Kaffee,
Gemüse oder Obst verursachen, helfen dagegen
Bleichmittel wie Perborate oder Percarbonat.
Diese persauerstoffhaltigen Stoffe setzen beim
Lö sen Wasserstoffperoxid frei, das bei höheren
Waschtemperaturen über sein Perhydroxylanion
direkt oder bei niedrigeren Temperaturen in Gegen
wart von Aktivatoren über die Bildung von
Singulettsauerstoff seine bleichende Wirkung entfaltet.
Der Reinigungseffekt beruht hierbei einerseits
auf der Oxidation der farbgebenden konju­
30 elements32 evonik science newsletter

gierten Doppelbindungssysteme in Farbstoff mole
külen (Chromophoren) und andererseits auf der
Spaltung der Moleküle in kleinere Bausteine. Die
chemisch so veränderten Flecken lassen sich dann
meist leichter durch Tenside von der Faser ab­
lösen.
Neben den Fleck entfernenden Eigenschaften
zeichnen sich die im Waschprozess aus den Persalzen
gebildeten aktiven Komponenten zudem
durch biozide Eigenschaften aus, wodurch Bak terien,
pathogene Keime und Pilzsporen abgetötet
werden. Die Wäsche ist nach dem Wa schen mit
Vollwaschmitteln somit nicht nur sauber sondern
auch rein (keimfrei).
Als weitere Komponente enthalten viele Vollwaschmittel
Duftstoffe in Form von verschiedenen,
teilweise markanten Parfümölen. Weltweit
haben sich deutlich differenzierte Gewohnheiten
entwickelt. Während in Deutschland nur dezent
oder gar nicht parfümiert wird, fallen die
Duft stoffkomponenten in den USA und Japan
reichhaltig aus. Ein starker Parfümduft suggeriert
dort Sauberkeit und Frische. Aufgrund des
allergenen Potenzials vieler Duftstoffe findet man
aber auch immer häufiger parfümölreduzierte
bzw. ­freie sensitive Produkte in den Super marktregalen.
Waschen kann cool sein
Da Wasserstoffperoxid nur bei 95 °C (Kochwäsche)
voll wirksam ist, die meisten modernen Wäschestücke
diese Temperatur aber nicht vertragen,
enthalten Vollwaschmittel in Europa seit den
1970er­Jahren zudem Bleichaktivatoren wie Tetraacetylethylendiamin,
TAED. In der Wasch ma schine
reagiert TAED mit dem aus dem Bleichmittel
freigesetzten Wasserstoffperoxid unter Perhydro
lyse zu Peressigsäure. Diese entfaltet bereits
bei Temperaturen von 40 bis 60 °C ihre volle
Bleichwirkung, die Wäsche wird also schon bei
tieferen Temperaturen sauber und hygienisch
rein. Das spart deutlich Energiekosten. In den
USA dient Nonanoyloxybenzolsulfonat, NOBS, als
Aktivator, der mit Wasserstoffperoxid Perno nansäure
bildet.
Unterhalb von 30°C sind die Aktivatoren TAED
und NOBS nur bedingt wirksam, da die korrespondierenden
Persäuren unter diesen Bedin gungen
nicht so reaktiv sind. Aus diesem Grund finden
in Ländern, in denen traditionell überwiegend
mit kaltem Wasser gewaschen wird, wie in
den USA, Japan und einigen Ländern Südeuropas,
überwiegend Hypochlorite als Bleichmittel Verwen
dung. Das hierbei als Nebenprodukt freigesetzte
Chlor wird in den USA deshalb auch mit
Hygiene und Sauberkeit verbunden.
elements32 evonik science newsletter
>>>
c o A t i n G & B o n D i n G t e c H n o l o G i e S
Waschtipps
Weiße Streifen auf der Wäsche
Sind in der regel rückstände des waschmittels oder enthär
ters (Zeolithe) auf der Faser, die sich bilden, wenn z. B.
das Pulverwaschmittel überdosiert oder die waschmaschine
zu voll beladen ist. Dosieranleitung beachten und die Maschine
nur so voll laden, dass noch eine Handbreit zwischen wäsche
und trommel passt. Die rückstände lassen sich problemlos
durch leichtes Ausklopfen entfernen.
Maschine und/oder Wäsche riecht muffig
entsteht durch Bakterien, insbesondere wenn Sie regelmäßig
Flüssigwaschmittel verwenden. einmal pro Monat mit einem
vollwaschmittel bei 60 °c waschen oder regelmäßig Fleckensalz
verwenden.
Energie und Wasser sparen
Die Maschine immer voll beladen. Zwei halbgefüllte Maschi
nen brauchen mehr energie und wasser als eine voll
beladene.
Energie sparen
in den meisten Fällen genügen waschtemperaturen von
30–40 °c. Mit einem vollwaschmittel werden dann üblicherweise
selbst Handtücher, Bettwäsche und unterwäsche
hygienisch sauber. Absolut keimfrei, z. B. bei ansteckenden
krankheiten, wird die wäsche mit einem geeigneten
vollwaschmittel bei 60 °c.
Wasser sparen
Auf den vorwaschgang verzichten. normal verschmutzte
wäsche wird mit einem voll waschmittel im Hauptwaschgang
sauber und Sie sparen bis zu 19 liter wasser.
31

In den sich entwickelnden Ländern
noch gang und gäbe: das Waschen
von Hand. Mit steigendem Wohlstand
können sich die Menschen aber
vermehrt Waschmaschinen und
maschinelle Waschmittel leisten
Waschmittelmärkte im Wandel
Der Waschmittelmarkt ist kontinuierlich Verände
rungen unterworfen. Waren es zum Beispiel in
den 1980er­Jahren umweltpolitische Gründe, die
einen Trend zu Kompaktwaschmitteln und Konzen
traten sowie ein Verbot für phosphathaltige
Waschmittel in Europa auslösten, sorgt heute der
demografische Wandel für sinkende Absatzzahlen
und verschärften Wettbewerb auf dem europäischen
Vollwaschmittelmarkt. Während einerseits
die Anzahl der Single­ und Rentnerhaushalte
steigt, parallel aber die Zahl der Kinder und damit
auch die Menge an Schmutzwäsche zurückgeht,
beobachtet man andererseits einen Trend hin zu
mehr synthetischen Fasern und damit empfind­
licher Kleidung.
Im Waschmittelmarkt hat diese Entwicklung
in den vergangenen zehn Jahren zu einer deut­
lichen Verschiebung der Marktanteile zugunsten
der Flüssigwaschmittel gegenüber den herkömmlichen
pulverförmigen Vollwaschmitteln geführt.
Derzeit scheint dieser Trend jedoch gestoppt, da
Flüssigwaschmittel an ihre Grenzen stoßen (siehe
Infokasten zu Flüssigwaschmittel). Zur Kompensation
der Defizite von Flüssigwaschmitteln bei
der Reinigungsleistung haben die Wasch mit telhersteller
mittlerweile diverse Zusatzbleichmittel
und Fleckentferner auf den Markt gebracht.
Die traditionellen Waschgewohnheiten wandeln
sich jedoch nicht nur in Europa, sondern
welt weit. In den sich entwickelnden Ländern
zeichnet sich im Gegensatz zu Europa ein stark
wachsender Markt ab, da zunehmender Wohlstand
und steigende Kaufkraft auch den Kleiderschrank
füllen. Infolgedessen kaufen die Verbraucher
auch vermehrt Waschmaschinen und
maschinelle Waschmittel. In den entwickelten
Ländern wie USA und Japan führt das zunehmende
Umweltbewusstsein zu einer verstärkten
Kaufbereitschaft für europäische Waschmaschinen
(front loader), die Energie und Wasser sparender
sind als die technisch und mechanisch weniger
aufwendigen amerikanischen Waschmaschinen
(top loader). Damit einher geht eine erhöhte
Nach frage nach niedrig schäumenden europäischen
Vollwaschmitteln, die für diese Maschinen
maßgeschneidert sind.
Perborate – ein Stern verblasst
Perborate waren in Europa fast 100 Jahre als
Bleichmittel in Vollwaschmitteln enthalten und
wurden erst im letzten Jahrzehnt sukzessive
durch Percarbonat ersetzt. In Ländern mit hoher
Luftfeuchtigkeit und starken Temperaturschwankungen
werden Perborate aufgrund ihrer chemi­
32 elements32 evonik science newsletter

schen Stabilität noch heute in Waschmitteln eingesetzt.
Demgegenüber wurde das weniger stabile
Percarbonat historisch überwiegend als Fle ckensalz
verwendet, das separat zum Vorbehan deln
oder zusätzlich in den Hauptwaschgang zugegeben
werden kann.
Veränderungen am Rohstoffmarkt und neuere
ökotoxikologische Bewertungen haben jedoch
zur Folge, dass Percarbonat auch in klimatisch anspruchsvollen
Regionen zunehmend als Ersatz für
Perborat in Waschmitteln formuliert wird. Da
Borax weltweit nur in Minen in China, der Türkei
und den USA abgebaut wird, hat der Bauboom in
China und im Mittleren Osten zu einer deutlichen
Verknappung des Rohstoffs geführt. Begrenztes
Angebot bei deutlich gestiegener Nachfrage hat
den Preis für Borax in die Höhe getrieben, sodass
Perborat mittlerweile deutlich teurer ist als Percar
bonat.
Percarbonat – ein instabiler Kraftprotz
In Europa haben die Waschmittelhersteller bereits
vor rund zehn Jahren sukzessive erfolgreich
auf Percarbonate umgestellt. Unter klimatisch anspruchsvolleren
Bedingungen, wie sie in Mittel­
und Südamerika, in Afrika und im Mittleren Osten
vorherrschen, kann die Bleichleistung der mit
Percarbonat formulierten Vollwaschmittel jedoch
schnell nachlassen. Zudem stellt hier die stärkere
Empfindlichkeit von Percarbonat gegenüber
Feuchte ein höheres Gefahrenpotenzial dar, was
die Sicherheitsanforderungen sowohl während
des Transports als auch in der Wasch mittel produktion
erhöht.
Dass Percarbonat weniger stabil ist als Per borat,
liegt hauptsächlich im Molekülbau bzw. der
Kristallstruktur begründet. Beiden gemeinsam ist,
dass sie im Kontakt mit Wasser bzw. Feuchte sehr
leicht Wasserstoffperoxid freisetzen können. Im
Gegensatz zu den Percarbonaten sind Perborate
echte Persauerstoffverbindungen, bei denen der
Sauerstoff über eine Peroxogruppe kovalent an
das Boratom gebunden ist. Die Bor­ und Sauerstoff
atome bilden hierbei ein 6­gliedriges Ringsystem,
das energetisch besonders stabil ist.
Dagegen handelt es sich beim Percarbonat um
eine Additions­ bzw. Anlagerungsverbindung.
Die Wasserstoffperoxidmoleküle liegen im Kristall
gitter relativ locker über Wasserstoffbrücken
gebunden vor, ähnlich wie Kristallwassermoleküle.
An feuchter Luft können Wassermoleküle
aus der Luft in die Kristalle diffundieren und die
Was ser stoffperoxidmoleküle von ihren Kristallgitter
po sitionen verdrängen. Das freigesetzte
Was ser stoff peroxid zersetzt sich dann unter Wär­
elements32 evonik science newsletter
c o A t i n G & B o n D i n G t e c H n o l o G i e S
Flüssigwaschmittel
Flüssigwaschmittel enthalten – neben viel wasser – tenside
und organische lösemittel, jedoch kein Bleichmittel. Die
reinigungswirkung ist schlecht, wie Stiftung warentest
immer wieder eindrucksvoll bestätigt. Deshalb empfehlen
die waschmittelhersteller den verbrauchern, zusätzlich
Fleckensalze bzw. Fleckentferner (Bleach Booster) zu verwenden
– also Zusatzwaschmittel, die recht teuer sind, aber
letztendlich aus Percarbonat und einem Aktivator bestehen,
wie sie in jedem vollwaschmittel enthalten sind.
Flüssigwaschmittel enthalten zwar optische Aufheller als
weißmacher, also organische Substanzen, die uv­aktiv
sind, oder titandioxid, das sich auf die Fasern legt und dadurch
einen gewissen weißeffekt erzeugt. keimfreiheit wird
dadurch aber nicht erreicht. im Gegenteil: Auf den kunststoffteilen
in der waschmaschine wie der einspül kam mer,
dem kunststoffschlauch oder den Gummidichtungen sammeln
sich waschmittelrückstände an, die nährboden für
Bakterien und Pilze sind. es bildet sich ein sogenannter Biofilm.
Diese Bakterien und Pilze können schlimmstenfalls
auch auf die wäsche übergehen.
Das so gebildete Wasser und die erhöhte Temperatur
können nun ihrerseits den Zerset zungsprozess
beschleunigen bis hin zur vollständigen
Umwand lung des vorhandenen Percarbonats (autokatalytischer
Zersetzungsprozess).
Evonik bändigt Percarbonat
Für die Herstellung von Percarbonat stehen prinzipiell
zwei Verfahren zur Verfügung: das Kristallisationsverfahren
und das Granulations verfahren.
Hergestellt nach dem klassischen Nassverfahren,
bei dem Natriumcarbonatlösung mit
Wasserstoffperoxid versetzt und gekühlt wird,
entstehen offenporige Kristalle mit einer großen
Oberfläche, die schwer zu beschichten ist.
In den 1990er Jahren entwickelte Evonik ein
Wirbelschicht­Granulationsverfahren, das Na trium
percarbonatkristalle als runde Partikel und mit
kleiner, glatter Oberfläche erzeugt. Diese Oberfläche
wird in einem zweiten Prozessschritt, dem
so genannten Coating, mit einer sehr dichten
homogenen Hülle aus anorganischen Salzen wie
Natriumsulfat umgeben. Diese Hülle dient als
Dif fusionsbarriere und verhindert, dass Wassermo
le küle von außen nach innen bzw. Wasser stoffperoxidmoleküle
von innen nach außen diffundieren.
me entwicklung leicht zu Wasser und Sauer stoff. >>>
33

Die Percarbonatanlage von
Evonik in Rheinfelden
Das Coatingverfahren von Evonik zur Herstellung
von stabilisiertem Percarbonat
1. Sprühgranulierung 2. Sprühbeschichtung
Röntgenelektronenmikroskopische Aufnahme
des durch Coating stabilisierten Percarbonats
100:1
Na 2CO 3-Lösung
H 2O 2-Lösung
Luft Natriumpercarbonat
Luft
100:1
Na 2SO 4
3,90 µm
6,64 µm
5,20 µm
6,35 µm
6,29 µm
4,31 µm
5,53 µm
4,72 µm
500:1 50µm
Percarbonat: stabil und nachhaltig
Wissenschaftler des Geschäftsbereichs Industrial
Chemicals von Evonik haben in den vergangenen
drei Jahren das Coatingverfahren im Her stellungs
prozess für Percarbonat weiterentwickelt
und konnten die Stabilität der äußeren Hülle und
damit die Robustheit von Percarbonat gegenüber
Feuchtigkeit und anderen Einflüssen deutlich erhöhen.
Das verbesserte Percarbonat weist alle
phy sikalisch­chemischen Eigenschaften auf, die
von einem modernen nachhaltigen Produkt erwartet
werden. Es besitzt eine exzellente Rie selfähigkeit
und Lagerstabilität mit ausgezeichneter
Haltbarkeit in Formulierungen und ist wegen seiner
hohen Schüttgutdichte für den Einsatz in Kompaktwaschmitteln
besonders gut geeignet.
Percarbonat ist auch deshalb besonders attraktiv
für Kompaktwaschmittel, da es anders als die
Perborate multifunktional ist. So enthält es neben
dem oxidierend wirkenden Wasserstoff peroxid
auch Soda, das zur Alkalinität der Wasch lösung
beiträgt und die Reinigungswirkung unterstützt
(2 in 1). Das separate Formulieren von Soda kann
somit deutlich reduziert werden.
Die hohe chemische und mechanische Ro bustheit
des verbesserten Percarbonats zeigt sich besonders
in der guten Lagerstabilität im fertigen
Waschmittel, wodurch die Reinigungsleistung des
Waschpulvers über eine längere Zeit erhalten
bleibt. Das Bleichmittel muss bei der Wasch mit telherstellung
nicht mehr überdosiert werden, es
können also bei gleicher Effizienz geringere Rohstoffmengen
eingesetzt werden. Mit der höheren
Stabilität des Percarbonats während der Lagerung
des Waschmittels können oxidationsempfindlichere
Enzymsysteme eingesetzt werden, die beispielsweise
in konzentrierten Wasch lösungen
eine gute Reinigungswirkung entfalten.
Die Welt stellt um: auf granuliertes
Percarbonat von Evonik
Da Percarbonat ein oxidierend wirkender Stoff
ist, geht von ihm ein besonderes Gefahrenpotenzial
aus. Für dessen Produktion, Transport, Lagerung
und Verarbeitung ist deshalb ein Sicher heitskonzept
erforderlich. Die Standorte müssen eine
Zulassung haben und dürfen nur bestimmte
Mengen lagern. Von Evonik erhalten die Kunden
Empfehlungen, wie das stabilisierte Per carbonat
gelagert werden muss. Evonik hat in der Ver gangenheit
bereits diverse Kunden bei der Umstellung
von Perborat auf Percarbonat begleitet und ist
derzeit federführend mit der Kon ver tierung der
verbliebenen Produktions anlagen für Wasch­
und Reinigungsmittel beauftragt.
34 elements32 evonik science newsletter

Versandbereites
Natriumpercarbonat in
Bigbags für Kunden
auf der gesamten Welt
Für die Produktqualifizierung wurden hierzu
verschiedene kundenspezifische Validierungstests
ausgearbeitet, um sicherzustellen, dass die
Coa ting hülle des Percarbonats beispielsweise
während der Förderung des Materials aus Tagessilos
in den Produktionsprozess nicht beschädigt
wird. In aufwe ndigen sicherheitstechnischen
Messun gen und Modellierungen konnte Evonik
zeigen, dass das granulierte Percarbonat ideal für
den Einsatz unter extremen klimatischen und
produktionstechnischen Bedingungen geeignet
ist. Aber auch der Transport des Percarbonats aus
den Pro duktionsanlagen von Evonik zu den
Wasch mit tel fabriken der Kunden auf der ganzen
Welt wurde detailliert analysiert, da es sich transportrechtlich
um ein Gefahrgut mit besonderen
An forderungen handelt.
Auch wenn die globale Umstellung noch in
vollem Gange ist, enthalten bestimmte Waschmittel
in den Wachstumsmärkten des Mittleren
Ostens und Afrikas bereits das granulierte Per carbonat
von Evonik. Das Unternehmen profitiert
hierbei von seiner Technologieführerschaft und
überlegenen Produktqualität und wird als verlässlicher
und kom petenter Partner von der globalen
Kon sum gü ter industrie anerkannt. l
elements32 evonik science newsletter
c o A t i n G & B o n D i n G t e c H n o l o G i e S
Fleckensalz für Spezialanwendungen
Das Bleichmittel Percarbonat ist Hauptbestandteil der meisten
handelsüblichen Fleckensalze. neben Fleckenentfernung
in der wäsche leistet der „Aktivsauerstoff“, der sich beim
Auflösen des Percarbonats in wasser bildet, auch in anderen
lebensbereichen gute Dienste. Beispiele:
Kaffeekanne, Teekanne
löst den calcium­coffein­komplex auf, der sich als brauner
Belag auf dem Porzellan absetzt. Zum entfernen der
Ablagerungen gibt man einen löffel Fleckensalz in das mit
warmem wasser gefüllte Gefäß. einwirken lassen (schäumt),
danach gut mit wasser reinigen. kann durch Zugabe eines
tropfens Spülmittel unterstützt werden.
Teer- und Ölflecken auf Fliesen und Steinzeug
Der Aktivsauerstoff „schiebt“ sich unter den teer­/Ölfilm,
zersetzt sich dort und der entstehende Sauerstoff löst den
Film vom untergrund ab.
Biotonne
unterbindet unangenehme Gerüche. Percarbonat bildet mit
dem im Fleckensalz enthaltenen Aktivator (tAeD) Peressigsäure,
die Bakterien abtötet. Für die umwelt ist Peressigsäure
unschädlich, weil sie in Sauerstoff und essigsäure
zerfällt.
Fischteich
Bewahrt einen verschlickten teich vor dem umkippen.
Das Percarbonat bringt aktiven Sauerstoff in den Schlick ein,
ohne den Fischen zu schaden (bei angemessener Dosie rung).
Die Zugabe von Percarbonat übt durch den Soda anteil auf
übersäuerte teiche zudem eine neutralisierende wirkung
aus.
Stockflecken
Zum Beispiel im Bad an Fließenfugen: Aus Fleckensalz und
wasser eine Paste herstellen (Gummihandschuhe anziehen),
auf die betreffende Stelle auftragen, einwirken lassen und
mit wasser abspülen.
DR. STEFAN LEININGER
Stefan leininger betreut im Geschäftsgebiet Active
oxygens die Anwendungstechnik für den Bereich
non­Pulp & Paper und leitet die Produkt­ und
Prozessentwicklung waschrohstoffe; in dieser
Funktion begleitet er in enger Abstimmung mit den
kunden die globale umstellung von Perborat auf
Percarbonat. Der chemiker promovierte 1996 an der
universität kaiserslautern und forschte anschließend
drei Jahre an der university of utah in den uSA,
bis er 1999 zu evonik kam. Bevor er 2004 seine
aktuelle Position übernahm, war er unter anderem
an der entwicklung von titansilikalit katalysierten chemischen verfahren zur
Ammoximierung und epoxidierung auf Basis von wasserstoffperoxid beteiligt.
+49 6181 59-3295, stefan.leininger@evonik.com
35

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150th Anniversary
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karlsruhe
www.kit.edu
17.09.–21.09.2010
126. GDnÄ­versammlung
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03.10.–05.10.2010
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Biomedicine and electronics
berlin
www.gdch.de/makro2010/
N O V E M B E R 1 0
07.11.–09.11.2010
6. German conference on
chemoinformatics
goslar
www.gdch.de/gcc2010
Evonik Industries AG
Rellinghauser Straße 1–11
45128 Essen
www.evonik.de
16.12.–21.12.2007
06.09.–07.09.2010
International 3rd Aachen­osaka Symposium Joint on
Catalysis Symposium & Fine Chemicals
singapur aachen
www.cfc2007.org/index.html
www.seleca.rwth­aachen.de/
21.09.–23.09.2010
Processnet Jahrestagung 2010
aachen
http://events.dechema.de/jt2010
10.10.–13.10.2010
Green Solvents for Synthesis
berchtesgarden
www.dechema.de/gsfs2010
25.11.–26.11.2010
Aachen Dresden
international textile conference
dresden
www.aachen­dresden­itc.de/
13.09.–15.09.2010
orcHeM 2010
weimar
www.gdch.de/orchem2010/
22.09.–24.09.2010
75. Jahrestagung GDch lackchemie
werningerode
www.gdch.de/lackchemie2010
10.10.–13.10.2010
10th international workshop on
Polymer reaction engineering
hamburg
www.dechema.de/pre10
Impressum
Herausgeber
Evonik Degussa GmbH
Innovation Management
Chemicals & Creavis
Rellinghauser Straße 1–11
45128 Essen
Wissenschaftlicher Beirat
Dr. Norbert Finke
Evonik Degussa GmbH
Innovation Management
Chemicals & Creavis
norbert.finke@evonik.com
Redaktion
Dr. Karin Aßmann
(verantwortlich)
Evonik Services GmbH
Konzernredaktion
karin.assmann@evonik.com
Redaktionelle Mitarbeiter
Dr. Angelika Fallert-Müller
Christa Friedl
Nina Labitzke
Michael Vogel
termine
Gestaltung
Michael Stahl, München
Fotos
Evonik Industries
Karsten Bootmann
Stefan Wildhirt
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Fotolia/Conny (S. 32)
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mauritius images/John
Warburton-Lee (S. 29 unten)
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Druck
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Bochum
Nachdruck nur mit
Genehmigung der Redaktion