Projektbeschreibung

Hintergrund

Kunststoffverpackungen werden derzeit überwiegend aus fossilen Rohstoffen hergestellt. Entlang ihres gesamten Lebenswegs – von der Rohstoffgewinnung über die Produktion bis hin zur Entsorgung – sind sie mit Treibhausgasemissionen verbunden. Gleichzeitig wird bislang nur ein Teil der Kunststoffabfälle recycelt. Biobasierte Alternativen sind zwar oft verfügbar, aufgrund bislang an höheren Kosten, begrenzten Produktionskapazitäten und fehlenden Recyclingstrukturen meist nicht wettbewerbsfähig. Polyethylenfuranoat (PEF) gilt als vielversprechender Hochleistungspolyester mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften und Barrieren sowie einer grundsätzlich gegebenen Recyclingfähigkeit. PEF befindet sich jedoch noch nicht in einer wirtschaftlich skalierbaren Produktion. PEF kann aus der Plattformchemikalie 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) hergestellt werden. Der derzeitige Stand der Technik nutzt hierfür überwiegend hochreine Zuckersubstrate wie Fruktosesirup, was zu potenziellen Nutzungskonkurrenzen mit der Lebensmittelproduktion führen kann. Gleichzeitig fallen große Mengen zuckerhaltiger Rest- und Abfallstoffe aus Landwirtschaft, Lebensmittelverarbeitung und Handel an, die meist energetisch verwertet werden, obwohl sie stofflich nutzbar wären. Zudem bestehen technologische Herausforderungen bei der robusten Umwandlung heterogener Biomassen sowie der energie- und katalysatoreffizienten Synthese von 2,5-Furandicarbonsäure (FDCA) aus der Plattformchemikalie HMF. Diese Lücke zwischen verfügbarer Biomasse, fehlender valorisierender Nutzung und unzureichend demonstrierter, skalierbarer PEF-Produktion adressiert das Projekt Skal_PEF.

Zielsetzung

Das Verbundprojekt Skal_PEF zielt darauf ab, eine skalierbare und regional verankerte Wertschöpfungskette zur Herstellung des biobasierten Hochleistungspolymers PEF aufzubauen. Ausgangspunkt ist die Nutzung zuckerhaltiger Rest- und Abfallstoffe aus Landwirtschaft und Lebensmittelverarbeitung, die in einer dezentralen „On-Farm“-Bioraffinerie zu HMF und anschließend über elektrochemische Oxidation zu FDCA umgesetzt werden. Gemeinsam mit biobasiertem Monoethylenglykol dient FDCA als Monomer für die PEF-Synthese, deren Produkte zu anwendungsspezifischen Verpackungsfolien und -beuteln weiterverarbeitet und im Lebensmittelbereich erprobt werden. Das Sustainable Packaging Institute SPI der Hochschule Albstadt-Sigmaringen übernimmt dabei die Projektkoordination sowie die Entwicklung, Verarbeitung und Charakterisierung der PEF-basierten Verpackungskonzepte. Ergänzend werden Lebenszyklusanalysen, materialtechnische Prüfungen und Anwendungstests durchgeführt, um Leistungsfähigkeit, Nachhaltigkeit und industrielle Umsetzbarkeit der neuartigen Verpackungslösungen zu demonstrieren und den Technologiereifegrad gezielt zu erhöhen.

Schlagworte:

Nachhaltige Verpackungskonzepte; biobasierte Folien; Bioökonomie; Polyethylenfuranoat (PEF)

Forschungsschwerpunkt:

NESP | Nachhaltige Entwicklung - Skal_PEF