Symbolbild

Solarzellen und Glas aus Holz - oder einer Milliarde Tonnen Bioabfall

Publiziert

Forscher zeigen, wie pflanzliche Biomasse in optischen Anwendungen nicht erneuerbare Ressourcen ersetzen könnte.

Eine digitale, urbanisierte Welt verbraucht riesige Mengen an Rohstoffen, die kaum als umweltfreundlich bezeichnet werden können. Eine vielversprechende Lösung könnte in nachwachsenden Rohstoffen zu finden sein, so eine in Advanced Materials veröffentlichte Forschungsarbeit. In ihrer Arbeit hat die internationale Forschergruppe genau untersucht, wie Lignozellulose - oder pflanzliche Biomasse - für optische Anwendungen genutzt werden kann und damit möglicherweise gängige Materialien wie Sand und Kunststoffe ersetzt.

Wir wollten so umfassend wie möglich herausfinden, wie Lignozellulose die nicht erneuerbaren Ressourcen ersetzen könnte, die in weit verbreiteten Technologien wie intelligenten Geräten oder Solarzellen verwendet werden", sagt Jaana Vapaavuori, Assistenzprofessorin für funktionelle Materialien an der Aalto-Universität, die die Analyse zusammen mit Kollegen der Universität Turku, des schwedischen Forschungsinstituts RISE und der University of British Columbia durchgeführt hat.

Lignocellulose, ein Begriff, der Cellulose, Hemicellulose und Lignin umfasst, kommt in fast allen Pflanzen der Erde vor. Wenn Wissenschaftler sie in sehr kleine Teile zerlegen und wieder zusammensetzen, können sie völlig neue, brauchbare Materialien herstellen.

In ihrer umfassenden Untersuchung des Fachgebiets bewerteten die Forscher die verschiedenen Herstellungsverfahren und Eigenschaften, die für optische Anwendungen erforderlich sind, z. B. Transparenz, Reflexionsvermögen, UV-Lichtfilterung und Strukturfarben.

Durch die Kombination der Eigenschaften von Lignozellulose könnten wir lichtreaktive Oberflächen für Fenster oder Materialien schaffen, die auf bestimmte Chemikalien oder Dampf reagieren. Wir könnten sogar UV-Schutzmittel herstellen, die die Strahlung aufsaugen und wie ein Sonnenschutzmittel auf Oberflächen wirken", erklärt Vapaavuori.

Wir können Lignozellulose mit Funktionen ausstatten und sie leichter anpassen als Glas. Wenn wir zum Beispiel das Glas in Solarzellen durch Lignozellulose ersetzen könnten, könnten wir die Lichtabsorption verbessern und einen besseren Wirkungsgrad erzielen", sagt Kati Miettunen, Professorin für Werkstofftechnik an der Universität Turku.

Da Waldbiomasse bereits stark nachgefragt wird und riesige Kohlenstoffsenken für die Gesundheit des Planeten entscheidend sind, verweisen die Forscher als Quelle für Lignozellulose auf das, was nicht genutzt wird: mehr als eine Milliarde Tonnen Biomasseabfälle, die jedes Jahr von Industrie und Landwirtschaft erzeugt werden.

Es gibt ein riesiges ungenutztes Potenzial in den Lignozellulose-Resten aus anderen Industrien", betont Vapaavuori.

Im Moment sind die Forscher noch dabei, biobasierte Materialien zu untersuchen und Prototypen zu entwickeln. An der Aalto-Universität zum Beispiel haben Wissenschaftler leichte Fasern und lichtreaktive Stoffe entwickelt.

Vapaavuori sagt, dass der Sprung zur Skalierung und Kommerzialisierung auf zwei Arten erreicht werden könnte.

Entweder schaffen wir durch staatliche Vorschriften neue Verwendungsmöglichkeiten für biobasierte Abfälle, oder die Forschung bringt so coole Demos und Durchbrüche hervor, dass die Nachfrage nach erneuerbaren Alternativen für optische Anwendungen steigt. Wir glauben, dass wir beides brauchen: eine politische Richtung und solide Forschung.

Ein Haupthindernis für die Entwicklung und Kommerzialisierung von Innovationen auf Lignozellulosebasis waren die Herstellungskosten. Die Nanocellulose wurde bereits Anfang der 2000er Jahre in Betracht gezogen, aber erst jetzt sind der Energieverbrauch und die Produktionskosten so weit gesunken, dass eine industrielle Nutzung möglich ist. Eine weitere anhaltende Herausforderung liegt in einem einfachen, aber grundlegenden Bestandteil der Verarbeitung: Wasser.

Zellulose liebt Wasser. Um sie für optische Anwendungen nutzen zu können, müssen wir einen Weg finden, sie unter feuchten Bedingungen stabil zu machen", sagt Vapaavuori.

Originalveröffentlichung

  • Joice Jaqueline Kaschuk et al.; "Plant-based Structures as an Opportunity to Engineer Optical Functions in next-generation Light Management"; Advanced Materials; 2021

EVENTS

Filtech

Internationale Fachmesse für Filter- und Trenntechnologie

Datum: 14.-16. Februar 2023

Ort: Köln (D)

Vivaness

Internationale Fachmesse für Naturkosmetik

Datum: 14.-17. Februar 2023

Ort: Nürnberg (D)

Global Industrie

Midest - smart Industries - Industrie - Tolexpo - die weltweit grössten Fachmessen für die Industriezulieferwirtschaft

Datum: 07.-10. März 2023

Ort: Lyon (F)

ZHAW-IFM Day

Der IFM-Day der ZHAW findet als Begegnungstag für FM-Ausbildung und FM-Praxis statt.

Datum: 10. März 2023

Ort: Wädenswil (CH)

Hannover Messe

TRANSFORMING INDUSTRY TOGETHER

Datum: 17.-21. April 2023

Ort: Hannover (D)

LogiMat

Internationale Fachmesse für Intralogistik

Datum: 25.-27. April 2023

Ort: Stuttgart (D)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 04.-10. Mai 2023

Ort: Düsseldorf (D)

SENSOR + TEST

Internationale Fachmesse für Sensorik, Mess- und Prüftechnik

Datum: 09.-11. Mai 2023

Ort: Nürnberg (D)

LABVOLUTION

Als europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und die Optimierung von Labor-Workflows bildet die LABVOLUTION das gesamte Spektrum der Laborwelt ab und zeigt neue Wege für Anwenderbranchen auf.

Datum: 09.-11. Mai 2023

Ort: Messegelände Hannover (D)

EPHJ-EPMT-SMT

Interationale Ausstellung für Uhrenindustrie, Mikrotechnologie und Medizinaltechnik

Datum: 06.-09. Juni 2023

Ort: Palexpo Genf (CH)

Automatica

Leitmesse für intelligente Automation und Robotik

Datum: 27.-30. Juni 2023

Ort: München (D)

LASER World of PHOTONICS

Weltleitmesse für Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 27.-30. Juni 2023

Ort: München (D)

Additive Manufacturing Forum

Die Entscheider- und Expertenkonferenz bringt das gesamte Wertschöpfungssystem rund um die additive Fertigung zusammen.

Datum: 04.-05. Juli 2023

Ort: Berlin (D)

SINDEX

Schweizer Messe für industrielle Automatisierung

Datum: 05.-07. September 2023

Ort: Bern (CH)

Rehacare

Die REHACARE ist die internationale Fachmesse für Rehabilitation, Prävention, Inklusion und Pflege.

Datum: 13.-16. September 2023

Ort: Düsseldorf (D)

W3+ Fair Rheintal

Europas führende Plattform für Hightech-Innovationen

Datum: 20. -21. September 2023

Ort: Dornbirn (A)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 26.-28. September 2023

Ort: Basel (CH)

POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 26.-28. September 2023

Ort: Nürnberg (D)

A + A

Internationale Fachmesse für Persönlichen Schutz, Betriebliche Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit.

Datum: 24.-27. Oktober 2023

Ort: Düsseldorf (D)

AQUA Suisse

Die Schweizer Fachmesse für Wasser, Abwasser und Gas

Datum: 25.-26. Oktober 2023

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 25.-26. Oktober 2023

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Fachmesse für Pumpen- und Ventiltechnik

Datum: 25.-26. Oktober 2023

Ort: Zürich (CH)

IN.STAND

Die Fachmesse für Instandhaltung und Services

Datum: 07.-08. November 2023

Ort: Stuttgart (D)

Swissbau

Die führende Plattform der Bau- und Immobilienwirtschaft in der Schweiz.

Datum: 16.-19. Januar 2024

Ort: Basel (CH)

analytica

Leitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie und analytica conference

Datum: 09.-12. April 2024

Ort: München (D)

Siams

Die Messe der Produktionsmittel der Mikrotechnik

Datum: 16.-19. April 2024

Ort: Halle d'Exposition, Moutier (CH)

IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

Datum: 13.-17. Mai 2024

Ort: München (D)

drupa

Weltweit führenden Fachmesse für Drucktechnologien

Datum: 28. Mai - 07. Juni 2024

Ort: Düsseldorf (D)

ArbeitsSicherheitSchweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz & Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 05.-06. Juni 2024

Ort: Bern (CH)

aqua pro

B2B-Plattform in der Schweiz für Fachkräfte des Globalen Wasserkreislaufs

Datum: 2024

Ort: Bulle (CH)

Achema

Internationale Leitmesse der Prozessindustrie

Datum: 10.-14. Juni 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

all about automation

Fachmesse für Industrieautomation

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

Cleanzone

Internationale Fachmesse und Kongress für Reinraumtechnologie

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 24.-26. September 2024

Ort: Nürnberg (D)

Ilmac Lausanne

Networking. Forum. Aussteller

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Lausanne (CH)

Ifas

Fachmesse für Gesundheitsmarkt

Datum: 22.-24. Oktober 2024

Ort: Digital (CH)

electronica

Weltleitmesse und Konferenz der Elektronik

Datum: 12.-15. November 2024

Ort: München (D)

all4pack Paris

The global marketplace for Packaging Processing Printing Handling

Datum: 04.-07. November 2024

Ort: Paris (F)

Bezugsquellenverzeichnis