Kunststoff Wie Gras Kunststoff nachhaltiger macht

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Wie lassen sich Kunststoffe nachhaltiger herstellen? Ein möglicher Weg führt über die Wiese: Im Projekt „Gras-to-Plast“ hat Prof. Dr. Martin Moneke von der Hochschule Darmstadt (h_da) mit seinem Team grasfaserverstärkte Kunststoffe weiterentwickelt. 

Kunststoff ist, anders als oft vermutet, ein teurer Rohstoff. „Wenn man Kunststoff in großen Mengen einkauft“, erklärt Prof. Dr. Martin Moneke aus dem Studiengang Polymer Engineering der h_da, „ist er je nach Produktionsweise teurer als Aluminium oder Stahl.“ Und so kam es zur Idee mit dem Gras: Seit etwa zehn Jahren sind Grasfaser-Kunststoffe auf dem Markt. Je höher der Faseranteil, desto weniger erdölbasierte Rohstoffe braucht man für die Produktion, desto günstiger und nachhaltiger ist das Produkt.
Im Projekt „Gras-to-Plast“, an dem Kunststoff-Experte Moneke und sein Team anderthalb Jahre gearbeitet haben, ging es darum, solche Biokunststoffe weiter zu verbessern. Das Ausgangsmaterial kennt jeder aus dem Kleidergeschäft oder dem Drogeriemarkt: ein Kunststoff, den die hessische Firma Cortec für die Produktion von Kleiderbügeln verwendet. Mehr als 60 Millionen Stück versendet das Unternehmen nach eigenen Angaben jedes Jahr in alle Welt. Monekes Team nahm sich vor, verschiedene Probleme rund um den Kleiderbügel-Kunststoff zu lösen: Das Material sollte stabiler werden, damit man daraus auch anspruchsvollere Artikel herstellen kann. Gleichzeitig ging es um mehr Nachhaltigkeit: um einen möglichst hohen Grasfaseranteil, Energieeinsparung bei der Produktion und um die Herkunft des Grases.

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Gräser von brachliegenden Wiesenflächen verwendet

Das bislang verwendete Gras stammte aus Monokulturen. Es wurde also eigens für die Kunststoffproduktion angebaut. Das wollte das h_da-Team ändern und experimentierte deshalb mit Gräsern von brachliegenden Wiesenflächen. Davon gibt es immer mehr, weil die Milchwirtschaft in Deutschland schrumpft. Die artenreichen blühenden Wiesen sollen aber trotzdem erhalten bleiben, auch als Einnahmequelle für die Landwirte. Doch wenn Natur auf Wissenschaft stößt, kann es auch mal drunter und drüber gehen: Auf einer natürlichen Wiese wachsen rund 20 verschiedene Gräser, Kräuter und Blumen. Je nach Jahreszeit und Wetter verändern sich Zusammensetzung und Eigenschaften. Trotz dieses „Chaosfaktors“ ist es Monekes Team gelungen, eine robuste Rezeptur zu entwickeln für ein Material, das stabile reproduzierbare Eigenschaften aufweist.
Die neue Rezeptur besteht aus 30 Prozent Grasfasern und 60 Prozent Polypropylen, die übrigen zehn Prozent sind Zusatzstoffe, die Materialeigenschaften verbessern und zu einer besseren Verarbeitbarkeit führen. Daraus kann man nun weitere Produkte aus Bio-Kunststoff herstellen, zum Beispiel kleine Stapel- und große Transportboxen. Die müssen einiges aushalten, wenn sie aufeinandergetürmt oder mit einem Gabelstapler bewegt werden. „Das heißt, draufhauen – und trotzdem darf nichts kaputt gehen“, fasst Prof. Dr. Martin Moneke das Prinzip zusammen.

Schlagzähigkeit um rund 20 Prozent gesteigert

Entsprechend ruppig ging es im Labor manchmal zu: Da wurden die mit Spritzgießtechnik gefertigten Objekte etlichen Stresstests unterzogen. „Wir haben die Stapelboxen aus fünf Metern Höhe fallen lassen und Durchstoßversuche gemacht.“ Am Ende bestand das Material alle Tests, die „Schlagzähigkeit“ wurde um rund 20 Prozent gesteigert. Der neue Kunststoffmix ist also besonders stabil und es bilden sich weniger schnell Risse. Auch die Verarbeitung ist einfacher und effizienter: „Bei der Vorgängerversion lagen viele Fasern an der Oberfläche und konnten deshalb Wasser aufnehmen“, erklärt Moneke. „Dadurch gab es Belagbildung, Wartungs- und Reinigungsaufwand – und viel Ausschuss.“
Die neue Rezeptur integriert das Gras besser in den Kunststoff, lässt sich bei niedrigeren Temperaturen und geringeren Drücken verarbeiten und läuft stabiler durch den Spritzgießprozess. Kleiderbügel, Stapelboxen und Co. können nun nach Projektabschluss mit dem neuen Materialmix in die Produktion gehen. „Wir haben im Projekt ein Technology-Readiness-Level von 8 oder 9 erreicht“, freut sich der Forscher. Auf der neunstufigen Skala bedeutet das: Das Produkt ist bereit für den Einsatz.