Innovation

Schwerpunkte

Der Stoff aus dem die Zukunft ist

Kunststoffe haben in den vergangenen Jahrzehnten zu völlig neuen Produkten und Anwendungen geführt, den technologischen Fortschritt wie kaum ein anderes Material befeuert und außergewöhnliche Lösungen ermöglicht. Doch damit ist das Innovationspotenzial des Werkstoffs noch lange nicht ausgeschöpft. Viele technische Entwicklungen wie beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt, in der Medizin oder in der Elektro- und Kommunikationstechnik sind ohne maßgeschneiderte Anwendungen aus Kunststoff nicht denkbar. Was morgen mit dem Werkstoff des 21. Jahrhunderts möglich sein wird, zeigen einige visionäre Beispiele.

 

Gebäude von morgen

Schon jetzt sorgen gut gedämmte Fenster- und Fassadenelemente sowie Photovoltaik­anlagen auf dem Dach und in den Hauswänden dafür, dass Häuser mehr Energie erzeugen können als sie verbrauchen. Auch das Bedürfnis nach mehr Wohnkomfort wird durch moderne Wärmedämmverbundsysteme erfüllt. Und dabei bedeutet „besser dämmen“ heute nicht unbedingt „dicker dämmen“: Stetige Weiterentwicklungen bei Dämmsystemen aus Kunststoff machen die Materialien bei gleicher Arena da Juventude - Photo Celso Brando  (6).jpgDämmleistung immer dünner, dazu leicht und nahezu universell einsetzbar. Hier zeigt sich ein großes Plus des Werkstoffs: seine Wandelbarkeit. So entwickelt man intelligente Kunststoff-Membranfassaden, die Kälte und Hitze speichern und nach Bedarf abgeben können – und so dabei helfen, den Energiebedarf in Gebäuden zu senken. In der Wettkampfstätte Arena de Juventude in Rio de Janeiro (Foto: Celso Brando), erbaut für die Olympischen Sommerspiele 2016, setzt man bereits auf solche atmungsaktiven, winddurchlässigen Verbundmembranen an der Fassade, die für eine natürliche Belüftung und gutes Klima in der Halle sorgen.

 

Mobilität der Zukunft

Sie hat die Spannweite einer Boeing 747, das Gewicht eines Familien-PKWs und die Leistung eines Motorrads – die Rede ist von der Solar Impulse 2, dem ersten nur mit der Kraft der Sonne angetriebenen Flugzeug, das die Erde umrundet hat. Damit das Flugzeug mit seinen vier Elektromotoren und den über 17.000 Solarzellen die Strecke bewältigen konnte, musste es vor allem leicht und widerstandsfähig sein. Bei der Außenhaut setzten die Entwickler daher vor allem auf Kunststoff-Verbundstoffe, während spezielle Kunststoffschäume die Batterien vor äußeren Einwirkungen sowie den Piloten im Cockpit vor Kälte und Hitze schützen.

 

Zwar verfügen die großen Passagierflugzeuge noch nicht über solche Elektroantriebe, aber dank Kunststoff sind sie schon heute deutlich leichter und sparsamer als noch vor einigen Jahren. Der Airbus A380, das größte Passagierflugzeug der Welt, besteht beispielsweise bereits zu knapp einem Viertel aus Kunststoff. Im Airbus A350 XWB sind sogar 53 Prozent Kohlefaserverbundwerkstoffe verbaut.

 

Um die Effizienz in der Luftfahrt weiter zu erhöhen, tüfteln Experten mittlerweile am Elektroflugzeug der Zukunft ähnlich dem Konzeptflieger Solar Impulse 2. So gibt es erste Ultraleichtflugzeuge aus Glas- und Kohlefaserverbundmaterialien mit Lithium-Polymer-Akkus, die eine Reichweite von 400 Kilometern erzielen. Dazu kommen neuartige Drohnen mit Elektroantrieb die senkrecht starten können oder sogar fliegende Autos mit ausklappbaren Flügeln und Rotoren, die als Lufttaxis konzipiert werden. Ein Pluspunkt all dieser Leichtbauflieger: Die Elektromotoren schnurren kaum hörbar und vibrationsfrei vor sich hin, so dass sie selbst bei stadtnahen Flughäfen in der Nacht starten und landen können. Das alles gelingt, weil Batterien heute stark genug sind, um sie anzutreiben, Computer schlau genug, um sie zu lenken und Materialien wie Kunststoff leicht genug, um ultraleichte Vehikel zu bauen, die trotz all diesem Equipment in die Luft steigen können.

 

Unendliche Energie

Sonne und Wind liefern schon heute für Industrie und Haushalte in Deutschland große Mengen umweltfreundliche Energie. Und das ist wichtig, will man das Klima weiter schützen. Mehr Effizienz bei der Erzeugung erneuerbarer Energien versprechen polymere Werkstoffe. Bei der Windenergie bringen immer größere Rotorblätter immer mehr Leistung. Möglich wird dies mit extrem zugfesten Kunststoff-Verbundwerkstoffen, die selbst Spitzengeschwindigkeiten von bis zu 300 Kilometern pro Stunde trotzen. Während heutige Rotorblätter im Schnitt 160 m lang sind und eine Nennleistung von 10.000 kW erreichen, rechnen Experten bis 2020 mit einer Steigerung auf voraussichtlich 252 m bzw. 20.000 kW.

 

Strom einfach genau dort erzeugen, wo er gebraucht wird, das ermöglichen Photovoltaik-Zellen, die auf dünne Kunststoff-Trägerfolien gedruckt werden. Diese Solarstromtechnologie ist nicht nur effizient und langlebig, sondern auch besonders flexibel und anpassungsfähig. So könnten schon bald überall in der Stadt energieproduzierende Hausfassaden und Dächer stehen, die nachts leuchten. Smartphones, Tablets und Autos könnten mit dünner, Strom erzeugender Folie beklebt werden und so ihren Energiebedarf decken.

 

Rohstoffe neu denken

Kürzlich wurde in Deutschland die weltweit erste industrielle Anlage eröffnet, in der CO2 aus der Luft abgeschieden und zur Herstellung von Kunststoff eingesetzt wird. Das schont fossile Ressourcen und schließt zugleich den Kohlenstoffkreislauf. Dank dieser alternativen Rohstoffquelle kann bei der Produktion von Kunststoff auf einen Teil des bisher eingesetzten Erdöls verzichtet werden. Schon bald könnten überall auf der Welt Fabriken stehen, die aus Treibhausgasen Schaumstoffe für Matratzen und Polstermöbel produzieren, und so zu Abnehmern für CO2-Emissionen aus dem Emissionshandel werden. Weitere Verfahren zur Abtrennung von CO2 aus der Abluft von Industrieanlagen sind bereits in Planung. Kürzlich haben chinesische Forscher eine ultradünne Polymer-Membran entwickelt, die laut Medien mit weniger Energie und einfacheren Schritten auskommt als herkömmliche Trenntechniken.

 

Maßgeschneiderte Freizeit

Wie selbstverständlich bereichern Flachbildschirme und flexible Displays mittlerweile dank polymerbasierter organischer Elektronik unseren Alltag. Freunde aktueller Fitnesstrends profitieren besonders von tragbarer Polymertechnik: Ultraleichte Wearables wie Smartwatches oder Fitnesstracker finden sich heutzutage an vielen Handgelenken. Dazu passend forscht man bereits an Joggingschuhen bestückt mit elektroaktiven Polymeren, die beim Laufen Strom erzeugen und Fitnessgadgets für unterwegs mit Energie versorgen.

 

Der Siegeszug der additiven Fertigung gerade mit Kunststoff verschafft maßgeschneiderter Sportbekleidung den Durchbruch. Erstmals startete bei den Olympischen Spielen in Rio de Janeiro eine amerikanische Leichtathletin mit Kunstfaser-Schuhen aus dem 3D-Drucker. Die Goldmedaillengewinnerin von London, Allyson Felix, lief in den Sprintdistanzen mit Laufschuhen, die in Funktion, Bequemlichkeit und Passform genau auf ihre Bedürfnisse zugeschnitten waren. Schon bald können Verbraucher individualisierte Turnschuhe aus dem 3D-Drucker direkt im Laden anfertigen lassen und schon nach wenigen Stunden mit nach Hause nehmen.

 

 

Weitere Informationen zum Thema bietet die Rubrik Über Kunststoffe.

 

 

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