Biobasierte Polymere:

In nahezu jedem modernen System – von Elektrofahrzeugen bis hin zu Rechenzentren – arbeitet hinter den Kulissen eine umfangreiche und komplexe Infrastruktur. Elektrische Anlagen müssen isoliert sein. Anschlüsse müssen abgedichtet werden. Signale müssen vor Störungen geschützt werden. Und all dies muss unter extremen und wechselnden Bedingungen zuverlässig funktionieren.

Ein Beispiel hierfür sind Schrumpfschläuche. Beim Aufbringen zieht sich der Schlauch zusammen und schmiegt sich fest an Drähte, Steckverbinder und Bauteile an, wodurch eine Schutzbarriere gegen Umwelteinflüsse entsteht. Er sorgt für elektrische Isolierung, mechanischen Schutz und Abdichtung gegen Umwelteinflüsse – allesamt wesentlich für die Aufrechterhaltung der Systemintegrität. 

Das Besondere an diesem Material ist nicht nur seine Funktion, sondern auch seine Effizienz. Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen wie Klebebandtechnik oder Vergießen können Schrumpfschläuche dazu beitragen, die Installationszeit zu verkürzen und die Konsistenz in der Fertigung zu verbessern, während sie je nach konkreter Anwendung und Installationsmethode gleichzeitig eine höhere Temperaturbeständigkeit und eine verbesserte Haltbarkeit ermöglichen. 

Diese Art der inkrementellen Innovation – kleine Verbesserungen bei Anwendungsdauer, Leistung und Zuverlässigkeit – sorgt selten für Schlagzeilen. Doch hochgerechnet auf Millionen von Fahrzeugen und Milliarden von Bauteilen ist die Wirkung erheblich.

Der Wandel hin zur Elektrifizierung stellt beispiellose Anforderungen an diese Materialien. Elektrofahrzeuge arbeiten mit höheren Spannungen, erzeugen neue thermische Profile und basieren auf zunehmend komplexeren elektronischen Architekturen.

Gleichzeitig sehen sich Branchen einem wachsenden Druck ausgesetzt, ihre Nachhaltigkeitsziele zu erreichen. Vorschriften wie REACH in Europa und RoHS weltweit schränken den Einsatz gefährlicher Stoffe ein und veranlassen Hersteller dazu, auf sauberere und verantwortungsbewusstere Materialien umzusteigen. 

Auch die Verbraucher verändern sich. Die Nachfrage nach Produkten, die nicht nur eine gute Leistung erbringen, sondern auch mit ökologischen Werten in Einklang stehen, wächst. Umfragen zeigen, dass viele bereit sind, für nachhaltigere Lösungen einen Aufpreis zu zahlen, insbesondere in Bereichen wie Elektronik und Automobilindustrie. 

Zusammen ergeben diese Faktoren eine doppelte Herausforderung: Materialien müssen eine höhere Leistung erbringen und gleichzeitig zu einer geringeren Umweltbelastung beitragen. 

Seit Jahrzehnten bilden polymerbasierte Werkstoffe wie PVC und Polyolefine das Rückgrat des elektrischen Schutzes und der Isolierung. Doch ihre Grenzen lassen sich zunehmend schwerer ignorieren.

PVC beispielsweise stellt das Recycling vor Herausforderungen und kann unter bestimmten, unkontrollierten Verbrennungsbedingungen Nebenprodukte erzeugen, die derzeit Gegenstand fortlaufender wissenschaftlicher und behördlicher Untersuchungen sind. Polyolefine weisen zwar im Allgemeinen ein anderes Umweltprofil auf, tragen jedoch weiterhin zum Kunststoffabfall bei und können je nach Herstellungsweise mit Treibhausgasemissionen verbunden sein. 

Diese Bedenken sind nicht rein theoretischer Natur. Sie prägen politische Entscheidungen, beeinflussen Beschaffungsentscheidungen und veranlassen Unternehmen dazu, die Materialauswahl grundlegend zu überdenken.

‌Die Frage lautet nicht mehr, ob Materialien funktionieren, sondern ob sie auf verantwortungsvolle Weise funktionieren.

Diese Materialien, die teilweise oder vollständig aus nachwachsenden Rohstoffen wie Zuckerrohr, Mais oder Zellulose gewonnen werden, stellen einen grundlegenden Wandel in der Art und Weise dar, wie Kunststoffe hergestellt werden. Anstatt sich ausschließlich auf fossilen Kohlenstoff zu stützen, binden sie Kohlenstoff, der während des Pflanzenwachstums aus der Atmosphäre aufgenommen wurde. 

Diese Unterscheidung ist entscheidend. Während herkömmliche Kunststoffe zur Anreicherung von Kohlenstoff in der Atmosphäre beitragen, können biobasierte Materialien dazu beitragen, die Abhängigkeit von fossilen Ressourcen zu verringern und die Dekarbonisierungsbemühungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu unterstützen.

Wichtig ist: „biobasiert“ bedeutet nicht zwangsläufig „biologisch abbaubar“ – ein weit verbreitetes Missverständnis. Die beiden Konzepte befassen sich mit unterschiedlichen Herausforderungen: Das eine zielt auf die Abhängigkeit von fossilen Ressourcen ab, das andere auf die Abfallwirtschaft. 

Biobasierte Materialien bieten einen Weg hin zur „Defossilisierung“ – ein Begriff, der zunehmend verwendet wird, um den Übergang weg von fossilen Kohlenstoffquellen in der industriellen Produktion zu beschreiben. 

Eines der größten Hindernisse für die Einführung nachhaltiger Materialien war lange Zeit die Wahrnehmung, dass diese in ihrer Leistungsfähigkeit nachstehen.

In Umgebungen mit hohen Anforderungen wie der Automobiltechnik ist Zuverlässigkeit nicht verhandelbar. Die Materialien sind so konzipiert, dass sie extremen Temperaturen standhalten, chemikalienbeständig sind und ihre Integrität über lange Lebensdauern hinweg bewahren. Jüngste Fortschritte in der Polymerwissenschaft haben begonnen, diese Lücke in einer Reihe von Anwendungen zu schließen.

Biobasiertes Polyethylen, das in Schrumpfschläuchen zum Einsatz kommt, hat in bestimmten getesteten Schlüsselbereichen eine vergleichbare Leistung wie fossilbasierte Äquivalente gezeigt, darunter:

• Zugfestigkeit und Dehnung
• Flammwidrigkeit
• Elektrische Isolierung und dielektrische Eigenschaften
• Beständigkeit gegen Kohlenwasserstoffe, Öle und schwache Säuren 

Diese Materialien werden unter extremen Bedingungen getestet, darunter Temperaturen von bis zu –40 °C sowie anhaltende Einwirkung von Hitze und mechanischer Beanspruchung. In diesen Umgebungen bewahren sie ihre Flexibilität, strukturelle Integrität und Dichtungsleistung. 

In der Praxis bedeutet dies, dass Ingenieure nicht mehr zwischen Nachhaltigkeit und Leistung wählen müssen. Sie können für beides auslegen.

Schrumpfschläuche sind zwar ein überzeugendes Beispiel, doch sie sind nur ein Teil eines weitaus größeren Materialökosystems.

Materialien zur Abschirmung elektromagnetischer Störungen (EMI) schützen empfindliche Elektronik vor Signalstörungen und gewährleisten so eine zuverlässige Kommunikation in zunehmend elektrifizierten Systemen. Dichtungsmassen verhindern das Eindringen von Feuchtigkeit und schützen Bauteile vor Korrosion und Ausfällen. Hochentwickelte Polymere sorgen für Thermomanagement, Isolierung und mechanische Stabilität.

Zusammen bilden diese Materialien das, was man als die „unsichtbare Architektur“ moderner Systeme bezeichnen könnte.

Ihre Bedeutung wächst, da Systeme zunehmend vernetzter und komplexer werden. In Elektrofahrzeugen beispielsweise müssen Leitungssätze eine höhere Datenübertragung, mehr Sensoren und eine stärkere Integration in digitale Steuerungssysteme unterstützen.

Die Leistungsfähigkeit dieser Materialien wirkt sich unmittelbar auf die Zuverlässigkeit, Sicherheit und Lebenszykluskosten des Fahrzeugs aus.

Bei der Nachhaltigkeit geht es nicht nur um das Material selbst, sondern um dessen gesamten Lebenszyklus – von der Rohstoffgewinnung bis zum Ende der Nutzungsdauer.

Herkömmliche Kunststoffe folgen einem weitgehend linearen Modell: gewinnen, herstellen, nutzen, entsorgen. Biobasierte Polymere eröffnen die Möglichkeit eines stärker kreislauforientierten Ansatzes.

Während der Wachstumsphase der Biomasse wird Kohlenstoff aus der Atmosphäre aufgenommen. Wenn diese Biomasse in Polymere umgewandelt wird, wird dieser Kohlenstoff in das Material eingebunden. Je nachdem, wie das Material verwendet, recycelt oder entsorgt wird, kann der gesamte CO₂-Fußabdruck erheblich reduziert werden.

Einige biobasierte Polyethylen-Materialien weisen sogar einen günstigen „Cradle-to-Gate“-CO₂-Fußabdruck auf, das heißt, die Nettoemissionen während der Produktion können geringer ausfallen, wenn man die CO₂-Bindung während des Rohstoffwachstums berücksichtigt.

Dies beseitigt zwar nicht die Umweltauswirkungen, verändert jedoch die Ausgangslage, indem der Fokus von der reinen Emissionsminderung hin zu Kohlenstoffmanagement und Kreislauffähigkeit verschoben wird.

Die Einführung nachhaltiger Materialien wird durch eine Kombination aus regulatorischem Druck und Brancheninitiativen beschleunigt.

Regierungen führen Maßnahmen ein, die den Einsatz gefährlicher Stoffe einschränken, einen Recyclinganteil vorschreiben und Anreize für kohlenstoffarme Materialien schaffen. Gleichzeitig setzen sich Unternehmen ehrgeizige Nachhaltigkeitsziele, die sich häufig über ihre gesamte Lieferkette erstrecken.

In vielen Branchen ist Nachhaltigkeit längst kein Randthema mehr. Sie entwickelt sich zu einem zentralen Unternehmensziel, das Produktgestaltung, Lieferantenauswahl und Kundenbindung beeinflusst. Dennoch besteht nach wie vor eine Kluft zwischen Anspruch und Umsetzung.

Studien deuten darauf hin, dass Ingenieure zwar dazu neigen, Nachhaltigkeit priorisiert zu behandeln, einige Führungskräfte sie jedoch noch nicht als ebenso entscheidend ansehen und dabei konkurrierende Innovationsziele anführen.

Um diese Lücke zu schließen, ist eine Abstimmung zwischen Technik und Führungsebene, zwischen Strategie und Umsetzung sowie zwischen kurzfristiger Leistung und langfristiger Wirkung erforderlich.

Eine der wichtigsten Erkenntnisse, die sich aus diesem Wandel ergeben, ist, dass Nachhaltigkeit von Anfang an in den Entwurfsprozess integriert werden muss.

Ein erheblicher Anteil der Lebenszyklusemissionen eines Produkts – oft auf 80 Prozent oder mehr geschätzt – wird bereits in der Entwurfsphase festgelegt. Daher kommt der Materialauswahl eine besondere Bedeutung zu.

Die Wahl nachhaltigerer Polymere, die Reduzierung des Materialgewichts und die Optimierung der Produktarchitektur können sich über den gesamten Lebenszyklus hinweg auswirken und so nicht nur die Emissionen bei der Herstellung, sondern auch während der Nutzung und Entsorgung senken.

Zudem sind dafür neue Werkzeuge, Daten und eine interdisziplinäre Zusammenarbeit erforderlich. Ingenieure, Materialwissenschaftler und Teams aus dem Bereich der Lieferkette müssen zusammenarbeiten, um fundierte Entscheidungen zu treffen, die Leistung, Kosten und Umweltauswirkungen in Einklang bringen.

Über die Einhaltung von Vorschriften und die Übernahme von Verantwortung hinaus wird Nachhaltigkeit zunehmend zu einer Quelle für Wettbewerbsvorteile.

Unternehmen, die im Bereich der Materialien innovativ sind, können sich nicht nur durch höhere Leistung von der Konkurrenz abheben, sondern auch dadurch, dass sie ihren Kunden helfen, deren eigene Nachhaltigkeitsziele zu erreichen.

In der Automobilbranche ist dies von besonderer Bedeutung. Hersteller von Elektrofahrzeugen stehen unter dem Druck, die Umweltauswirkungen ihrer Produkte über den gesamten Lebenszyklus hinweg zu reduzieren, einschließlich Materialbeschaffung und Komponentenfertigung.

Durch die Integration biobasierter Polymere und moderner Hochleistungsmaterialien können Zulieferer eine entscheidende Rolle dabei spielen, diese Ziele zu ermöglichen.

Dies wiederum kann Kaufentscheidungen, Partnerschaften und langfristiges Wachstum beeinflussen.

Der Übergang zu nachhaltigen Materialien wird nicht von heute auf morgen erfolgen. Er erfordert kontinuierliche Innovation, Investitionen und branchenübergreifende Zusammenarbeit. Doch die Richtung ist klar.

Die Materialien, die einst still im Hintergrund wirkten, rücken nun in den Vordergrund der Industriestrategie. Sie werden zunehmend entscheidend dafür, wie Produkte gestaltet werden, wie Systeme funktionieren und wie Unternehmen Wert definieren.

Bei den Elektrofahrzeugen von morgen und der sie unterstützenden umfassenderen Infrastruktur sind die wichtigsten Innovationen möglicherweise nicht diejenigen, die wir sehen. Es werden die sein, die wir nicht sehen.

Denn letztlich wird die Zukunft nachhaltiger Technologie nicht nur auf bahnbrechenden Durchbrüchen beruhen, sondern auf den unzähligen unsichtbaren Materialien, die alles sicher, zuverlässig und zunehmend nachhaltig zusammenhalten.