Entwicklung neuer Verbundwerkstoffe Nachhaltige Pflanzentöpfe aus invasiven Pflanzen

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Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung (DITF)

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Eine invasive Art bekämpfen und gleichzeitig wirtschaftlichen Nutzen daraus ziehen? Dies ist Wissenschaftlern der Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf DITF in Kooperation mit mehreren Firmen gelungen. Sie haben einen Pflanzentopf aus der Biomasse einer invasiven Pflanzenart hergestellt, der selbst biologisch abbaubar ist.

Die Wasserhyazinthe ist eine sich schnell ausbreitende Pflanze, die bereits in vielen Ländern der Erde als Gefahr für bestehende Ökosysteme erkannt worden ist. Besonders der afrikanische Viktoriasee leidet unter der großflächigen Ausbreitung der Wasserhyazinthe. Fischsterben durch Sauerstoffmangel, Entstehung von klimaschädlichem Methangas bei der Verrottung sowie eine Behinderung im Schiffsverkehr und in der Energiegewinnung sind Probleme, die dort besonders hervortreten. Sie geben einen düsteren Ausblick auf das, was sich auch in vielen anderen Ländern anbahnt. Denn als invasive Art breitet sich die Wasserhyazinthe durch menschliches Zutun weltweit in vielen Ökosystemen aus und bedroht damit die Lebensqualität der Menschen.

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Pflanzen als Grundlage neuer biologischer Verbundwerkstoffe

Es gibt bereits mehrere Ansätze, die Ausbreitung der Wasserhyazinthe einzudämmen. Im Vordergrund steht dabei das Entfernen der Pflanzenteppiche aus den Gewässern und die anschließende Verwertung der anfallenden Biomasse. An diesem Punkt setzt auch das von den Deutschen Instituten für Textil- und Faserforschung (DITF) mitverantwortete Forschungsprojekt an, das es sich zum Ziel gesetzt hat, aus dem faserigen Pflanzenmaterial einen neuen, kostengünstigen Verbundwerkstoff herzustellen.

Die Materialanforderungen, die der Pflanztopf erfüllen sollte, definierten die Projektpartner zu Beginn des Projektes. Dazu gehört eine gute Formstabilität, die auch im Feuchtzustand (Befüllen mit nasser Pflanzerde) gegeben sein muss. Die Verwendung physiologisch unbedenklicher Materialien ist wegen des Kontakts zu Nahrungspflanzen eine ebenso zu erfüllende Anforderung wie eine preisgünstige und damit wettbewerbsfähige Herstellungsmethode. Im Vordergrund steht jedoch die vollständige biologische Abbaubarkeit und die damit uneingeschränkte Kompostierbarkeit des Pflanztopfes.

Entwicklung des ökologischen Pflanzentopfes

Das Biomaterial für die Herstellung der Pflanztöpfe stammt aus Louisiana und wird dort direkt von der Firma In-Between International unter dem Produktnamen Cynthia als aufbereitetes Fasermaterial vermarktet. Dieses Rohmaterial ist an den DITF umfassend hinsichtlich seiner Zusammensetzung und Eignung für technische Verarbeitungsprozesse untersucht und modifiziert worden. Es besteht vorwiegend aus Zellulose und muss für die weiteren Verarbeitungsschritte erst gesiebt und mit einem Hydrophobierungsmittel behandelt werden. Die Hydrophobierung ist notwendig, um den Pflanztöpfen eine gewisse Feuchtigkeitsbeständigkeit zu verleihen.

Das vorbereitete Rohmaterial muss nun mit einem Binder kombiniert werden. Er verklebt die Pflanzenfasern und sorgt für die Formstabilität des Pflanztopfes. In Laborversuchen mit verschiedenen Bindemitteln wurden diejenigen identifiziert, die eine gute Verarbeitbarkeit und formstabile Ergebnisse des Faserverbundes garantieren. Die Wahl fiel auf einen Thermoplast, der in einer Heißpresse einfach zu verarbeiten ist und der gleichzeitig die Anforderungen an die Bioabbaubarkeit vollständig erfüllt.

Töpfe aus Pflanzen für Pflanzen

Weitere Laboruntersuchungen ermittelten das ideale Mengenverhältnis von Binder und Faserrohstoff. Dass die vollständige Bioabbaubarkeit gegeben ist und die Zersetzung der Pflanztöpfe in angemessener Zeit erfolgt – eine Standfestigkeit von vier bis sechs Wochen war als Projektziel vorgegeben – zeigten Versuche in einer industriellen Kompostierungsanlage.

Prüfmuster für alle diese Voruntersuchungen stellten die Forscher an einer Heißpresse in Form von Faserverbundplatten her. Nun hieß es, aus den vorbehandeltem Fasermaterial mit dem passenden Bindemittel erste Prototypen von Pflanztöpfen herzustellen. Diesen Teil übernahm der Projektpartner, die Fiber Engineering GmbH aus Karlsruhe. Diese Firma verfügt über umfassendes Know-how in der Fasereinblastechnik (Fiber-Injection-Molding, FIM), die es ermöglicht, dreidimensionale Formteile aus Fasern in einfachen und schnellen Prozessschritten herzustellen. Ihr bestehendes Verfahren hat die Fiber Engineering GmbH für die Bearbeitung des Wasserhyazinthen-Fasermaterials optimiert. Sie stellte eine Reihe von Pflanztöpfen her und realisierte so den abschließenden Schritt des Projektziels.

Kostengünstig und abbaubar: ein vielversprechendes Produkt

Eine Kostenrechnung unter Einbezug aller verwendeten Materialien und Verfahren bestätigte, dass sich die Pflanztöpfe mit einem Herstellungspreis von unter fünf Cent pro Topf äußerst günstig und damit marktfähig herstellen lassen. Im täglichen Gebrauch würden Gärtnereien die haptischen Vorteile – die Festigkeit und Feuchtigkeitsresistenz trotz der Fähigkeit zu vollständiger Materialzersetzung – zu schätzen wissen, heißt es in einer Pressemeldung.

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