Fraunhofer Cluster of Excellence

Produkte neu denken – das ist der Ansatz des Fraunhofer Cluster of Excellence Circular Plastics Economy CCPE. Von der Auswahl der Komponenten und Materialien über die Nutzung des Produktes bis hin zum Recycling. Der Wandel zu einer zirkulären Kunststoffwirtschaft ist das Ziel, das sechs Fraunhofer-Institute im Cluster verfolgen. Gemeinsam arbeiten sie an systemischen, technischen und sozialen Innovationen mit Blick auf den gesamten Lebenszyklus von Kunststoffprodukten. Kunststoffe für Industrie- und Konsumgüter besitzen ein optimiertes und breites Spektrum unterschiedlichster Eigenschaften und sind in vielen Fällen kaum zu ersetzen. Für ressourceneffiziente Produkte sind sie wegen ihres geringen Gewichts unentbehrlich.

Das Fraunhofer IAP ist im Rahmen des Clusters für das Research Department Circular Polymers verantwortlich und arbeitet eng mit den Fraunhofer-Instituten LBF, ICT und UMSICHT zusammen.

Zirkuläre Biokunststoffe am Fraunhofer IAP

Am Fraunhofer IAP stehen biobasierte Kunststoffe im Mittelpunkt. Diese ermöglichen es, den Einsatz fossiler Ressourcen zu senken und so den CO₂ -Fußabdruck von Kunststoffprodukten zu vermindern. Entwickelt werden beispielsweise modifizierte Polybutylensuccinate als Ersatz für polyolefinhaltige Kunststoffprodukte. Hierbei werden sowohl petrobasierte als auch biobasierte Rohstoffe eingesetzt.

Thermoplastische Polyesterelastomere (TPEE)

Thermoplastische Polyesterelastomere (TPEE) aus biobasierter Furandicarbonsäure bilden einen weiteren Schwerpunkt. Das am Fraunhofer IAP entwickelte Syntheseverfahren, das industriell einsetzbar ist, liefert erste Mustermengen, an denen grundlegende Eigenschaften untersucht werden. Ziel ist es, das Kristallisationsverhalten an kommerzielle, erdölbasierte TPEE-Typen anzupassen. Eine wichtige Voraussetzung, um etablierte Anwendungen auch durch bioTPEEs zu bedienen.

Stereokomlex-Polylactid (scPLA) und PLA-Monomaterial-Composite

Auf Seiten der Polymerverarbeitung werden Fasern aus Polylactid (PLA) mit verbesserter thermomechanischer Performance hergestellt. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Fraunhofer IAP nutzen dazu den Effekt der Stereokomplexierung, um Multifilamentgarne mit einer höher schmelzenden Kristallstruktur (scPLA) zu realisieren.

In Kooperation mit dem Fraunhofer ICT werden diese als Verstärkungsfasern in kreislauffähigen Monomaterial-Compositanwendungen erprobt. 2023 gelang in diesem Rahmen erstmals das thermomechanische Recycling von Faserverbundwerkstoffen (Organoblechen). Da Matrix und Fasern der Composite chemisch identisch sind, wird der Recyclingprozess wesentlich vereinfacht.

Nach der Herstellung von scPLA- sowie PLA-Multifilamentgarnen entstand zunächst ein scPLA/PLA-Mischgarngewebe, welches zu eigenverstärkten Versuchsplatten am Fraunhofer ICT konsolidiert wurde. Im Anschluss wurden diese mechanisch zerkleinert und am Fraunhofer IAP zu rieselfähigem Granulat verarbeitet. Dieses Rezyklat konnte abschließend unter Gewährleistung einer hohen Prozessstabilität zu neuen Fasern versponnen werden. Die mechanischen Eigenschaften der recycelten scPLA Fasern lagen dabei im Bereich der verstärkenden Filamente des Organobleches. Die grundsätzliche Kreislauffähigkeit der scPLA/PLA-Organoblechsysteme konnte damit zielführend demonstriert werden.

Der Wandel von einer linearen zu einer zirkulären Kunststoffwirtschaft gelingt nur mit einem Multi-Stakeholder-Ansatz. Aus diesem Grund bündelt Fraunhofer CCPE Kompetenzen und Infrastrukturen von sechs Instituten der Fraunhofer-Gesellschaft und kooperiert eng mit Partnern aus der Wirtschaft. Gemeinsam arbeiten sie an systemischen, technischen und sozialen Innovationen und haben dabei den gesamten Lebenszyklus von Kunststoffprodukten im Blick.

Für ihre Kunden und Partner aus Wirtschaft und der öffentlichen Hand entwickeln, realisieren und optimieren sie Verfahren, Produkte als auch Anlagen bis zur Einsatz- und Marktreife. Mit ihrer international vernetzten Spitzenforschung tragen sie zum Erfolg der Wirtschaft und dem Wohle der Gesellschaft bei.

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