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Im Kampf gegen den Klimawandel, Artensterben und die Umweltverschmutzung werden zunehmend natürliche, nachwachsende Rohstoffe in der Industrie nachgefragt. Zu diesen nachhaltigen Rohstoffen, die in großen Mengen angebaut werden können, zählen auch Meeresalgen. Im Gegensatz zu Landpflanzen werden für ihren Anbau keine Pflanzenschutzmittel benötigt. Ein Gewinn für die Artenvielfalt. Heute werden Meeresalgen hauptsächlich als Lebensmittel und zur Gewinnung von Gelier- und Verdickungsmitteln – Agar, Alginat und Carrageen – verwendet. Aufgrund der großen Ozeanfläche, von ca. 70% der Erdoberfläche, gibt es noch viel Potential den Anbau auszuweiten.
Das bei Brabender entwickelte Carraphane wird ohne Abfall mit minimalem Ressourcenaufwand aus der Meeresalge hergestellt. Damit minimiert es den ökologischen Fußabdruck von Verpackungen. Es besitzt das Potential einen wichtigen Beitrag zu einer nachhaltigen Verpackungsindustrie zu liefern.
Interpack
Auf der Interpack demonstrieren wir vom 4.5. bis zum 10.5.2023 die Herstellung Folien aus Carraphane am VDMA-Stand des VDMA Fachverband Nahrungsmittelmaschinen und Verpackungsmaschinen e.V. – Halle 4, C54.
Zusätzlich stellt die TU Dresden, Professur für Verarbeitungsmaschinen/Verarbeitungstechnik eine Machbarkeitsstudie zur Umformung der Folien aus Carraphane zu Bechern vor. An einem Demonstrator kann die Umformung live verfolgt werden.
Kreislaufwirtschaft
Nachhaltigkeit zeichnet sich dadurch aus, dass die Wertschöpfungskette ein geschlossener Kreislauf ist. Es gibt keine Nebenströme, die nicht im Kreislauf geführt werden können. Die Meeresalgen, welche als Ausgangsmaterial dienen, werden in Aquakulturen angebaut und anschließend durch Extrusion weiterverarbeitet. Die so erzeugten Folien enthalten somit alle Nährstoffe, die auch in der Ausgangspflanze erhalten sind. Da die Folien wasserlöslich sind und aus natürlicher Meeresalgenbiomasse bestehen, werden sie bereits nach kurzer Zeit biologisch abgebaut. Dabei gelangen sämtliche Inhaltsstoffe zurück in die Natur, die bspw. neuen Meeresalgen als Nährstoffquelle dienen, wodurch sich der Kreislauf schließt.
Bei Anwendungsgebieten, in denen die Wasserlöslichkeit nicht ausgenutzt wird, können die verbleibenden Folien durch Kompostierung oder als Dünger dennoch mit Leichtigkeit in den Kreislauf integriert werden.
Makroalgen – ein nachhaltiger Rohstoff
Meeresalgen werden in Aquakulturen angebaut. Bereits nach wenigen Wochen können die herangewachsenen Meeresalgen geerntet werden und stehen somit schon nach kurzer Zeit als Rohstoff zur Verfügung. Dabei reichern sie während ihrer Wachstumsphase das Meerwasser mit Sauerstoff an und verbessern somit die Wasserqualität. Doch der Meeresalgenanbau bietet noch größeres Potenzial für die Regionen.
So ist die Artenvielfalt in vielen geeigneten Anbaugebieten der Meeresalgen durch die Überfischung bedroht, da der Fischfang einer der wichtigsten Industriezweige für die Regionen ist und für viele Familien die einzige Einnahmequelle darstellt. Durch den industriellen Meeresalgenanbau und die Verarbeitung dieser, werden in diesen Regionen neue Erwerbsfelder geschaffen, die als Alternative zum traditionellen Fischfang dienen und die somit zusätzlich zum Schutz der Artenvielfalt beitragen.
Folienextrusion
Die Verarbeitung des Meeresalgenmaterials, z.B. zu Folien mit einer definierten Geometrie, erfolgt auf Basis der Extrusion. Dabei wird das Material unter Druck umgeformt und mit Hilfe einer Düse in die gewünschte Form gebracht. Die Extrusion ist ein in vielen Bereichen etabliertes und bewährtes Verfahren, welches sich sehr gut skalieren lässt.
Das bei Brabender entwickelte Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das gesamte Meeresalgenmaterial verwendet wird. Daher sind keine Polymerextraktionen erforderlich, die mit sehr hohen Kosten, großem Ressourcenverbrauch und damit verbundenem hohen Ausstoß an Treibhausgasen einhergehen würden. Im Gegenzug zu herkömmlichen Kunststoffen und Biokunststoffen aus anderen nachwachsenden Rohstoffen weist Carraphane somit einen geringeren ökologischen Fußabdruck auf.
Eine Folie – viele Möglichkeiten
Neben der Wasserlöslichkeit, die einen optimalen Wertschöpfungskreislauf ermöglicht, sprechen die hohe Zugfestigkeit und die vielfältigen Verarbeitungsmöglichkeiten der Folien für den Einsatz von Carraphane als Packmittel.
So lassen sich diese bspw. durch Spritzgießen und Tiefziehen in die gewünschte Form bringen und anschließend durch Verschweißen verschließen, um den Inhalt vor äußeren Einflüssen zu schützen. Somit lassen sich auch komplexere Verpackungsformen aus Carraphane herstellen.
Umformen von Carraphane – ein Projekt der TU Dresden
Die Professur für Verarbeitungsmaschinen/Verarbeitungstechnik der TU Dresden hat eine pneumatisch und elektromechanisch angetriebene Labormaschine zum Umformen durch Tiefziehen entwickelt. Die Technologie ermöglicht die Herstellung von 3D-Verpackungsgeometrien aus verschiedenen ökologischen Materialien wie Carraphanefolien oder Fasermaterialien aus landwirtschaftlichen Reststoffen. Im Umformprozess fährt ein Stempel in eine entsprechende Negativform und formt den flächigen Zuschnitt zum gewünschten 3D-Formteil. Mit Hilfe dieser Maschine wurde die prinzipielle Eignung von Carraphane für derartige Umformprozesse in ersten Machbarkeitsstudien erfolgreich aufgezeigt. Diese Ergebnisse gilt es in zukünftigen Forschungsvorhaben durch stetig vertieftes Materialverständnis und verbesserte Prozessparameter zu markttauglichen Qualitäten weiterzuentwickeln.