Bæredygtighed og effektivitet:de nye tendenser, der driver plastindustrien

Med en samlet arbejdsstyrke på næsten 300, 000 ansatte, plast er en af ​​Tysklands største industrisektorer. Industrien har også en stærk position på den internationale scene, skyldes ikke mindst dens produktive forskningspræstationer. På dette års "K"-messe, verdens førende industribegivenhed for plastik, I alt udstiller 11 Fraunhofer Institutes innovative, bæredygtige og effektive koncepter, udviklinger og løsninger til plastindustrien (16.–23. oktober; stand SC01, hal 7).

Bæredygtighed, effektivitet og bevarelse af ressourcer er nogle af nøgleemnerne, der driver den sociale og politiske debat lige nu – og med rette. I denne sammenhæng, rampelyset er i stigende grad vendt mod plastik. Alligevel ville hverdagen være utænkelig uden plastik. Ligeledes, det er et materiale, der skal spille en nøglerolle i fremtidens fremstilling og industri. På årets "K" -messe-der kører under sloganet "Plastics for Future"-vil institutter fra Fraunhofer-Gesellschaft fremvise deres seneste teknologiske innovationer, som er designet til at hjælpe med at gøre morgendagens plastindustri mere bæredygtig og mere effektiv med hensyn til både energi og ressourcer. Blandt de emner, der tages op på Fraunhofer-standen, er plast med nye egenskaber; nye tilgange til produktionen, genbrug og genbrug af plast; og optimering af processer.

Reduktion af brugen af ​​ressourcer i produktionen

Målet med moderne produktionsmetoder bør være at reducere forbruget af ressourcer og samtidig bevare et højt niveau af produktfunktionalitet. Dette øger ikke kun rentabiliteten af ​​det pågældende produkt; den yder også et afgørende bidrag til at øge bæredygtigheden af ​​industriel produktion og derved øge dens accept.

Dette er den vej, som Fraunhofer Institute for Microstructure of Materials and Systems IMWS følger med sin udvikling af lette strukturer lavet af organo-sandwich halvfabrikata. Fraunhofer IMWS har vist, at det er muligt at producere lette, klar til brug termoplastiske sandwichstrukturer både billigt og effektivt i en innovativ proces, der er velegnet til masseproduktion.

Letvægtsdesign er ligeledes det felt, hvor Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP præsenterer en ny udvikling. Ved at bruge en ny type ovn, der genererer temperaturer på op til 2850 °C, forskere fra Fraunhofer IAP har haft succes med at producere biobaserede kulfiber fra vedvarende materialer, hvis egenskaber delvist overgår traditionelle kulfibres egenskaber. Ud over, denne nye proces giver en væsentlig reduktion i produktionsomkostningerne.

Fraunhofer Institute for Wood Research, Wilhelm-Klauditz-Institut, WKI viser også en innovation, der skåner ressourcer:en økologisk og bæredygtig plastbakke til transport af småting. Polypropylenbakker bruges til at transportere og opbevare millioner af varer hver dag i engros, detailhandel og industri. Fraunhofer-forskere er nu lykkedes med at erstatte op til 25 procent af den polypropylen, der bruges til fremstilling af sådanne bakker, med træfibre. Ud over, de nye bakker er ikke kun mere bæredygtige, men også stærkere og lettere – til samme produktionsomkostninger.

Nye materialer udviklet af Fraunhofer Institute for Chemical Technology ICT skal give genbrug et markant løft. De nye selvforstærkede PLA-kompositter fra Fraunhofer ICT har en høj mekanisk styrke og stivhed, selv ved høje temperaturer. Og, som ren PLA, de er fuldt biobaserede såvel som duktile, let at genbruge og industrielt biologisk nedbrydeligt. Desuden, den energi, der forbruges under PLA-produktionen – og dermed også dens CO ₂ ækvivalent — er omkring halvdelen af, hvad der er involveret i produktionen af ​​konventionelle kulfiberforstærkede polymerer, såsom dem, der indeholder polypropylen. Ud over, den nye proces reducerer produktionsomkostningerne væsentligt.

Fra genbrug til upcycling

Af alle materialer, der er måske ingen bedre egnet til genbrug og genbrug end plastik. Mulighederne her er meget varierede og spænder fra en simpel genanvendelse af plastik som materiale, til dets genbrug i en form for upcycling, til en termisk genvinding af energi ved hjælp af forbrænding.

Fraunhofer Cluster of Excellence Circular Plastics Economy demonstrerer, hvordan man designer, til plast, en kæde til genbrug af energi og materialer i overensstemmelse med cirkulære principper. Konsortiet bag klyngen udvikler særlige tjenester til, og i partnerskab med, plastindustrien, herunder tilknyttede forbrugsvarer og handelsvirksomheder samt genbrugsindustrien.

En af de vigtigste udfordringer, som industrien står over for, er, hvordan man håndterer visse typer plastikaffald, såsom folieindpakning. Fraunhofer Institut for strukturel holdbarhed og systempålidelighed LBF undersøger i øjeblikket dette problem. I et projekt med titlen Up-cyclePET, Fraunhofer-forskere er gået sammen med virksomheden EASICOMP GmbH for at udvikle højkvalitetsmaterialer fra kortlivet plastikaffald til videre brug i langlivede applikationer såsom lette autodele. Forudsat at basismaterialet er brugte drikkevareflasker lavet af polyethylenterephthalat (PET).

Fraunhofer Institute for Interface Engineering and Biotechnology IGB undersøger også brugen af ​​affald som en kilde til fremstilling af råmaterialer. Sådanne kilder omfatter det naturlige stof 3-carene, som er en bestanddel af terpentin og forekommer i denne form som et biprodukt ved fremstilling af cellulosemasse fra træ. Almindelig praksis til dato har været at bortskaffe det ved forbrænding. Imidlertid, ved hjælp af nye katalytiske processer, Det er nu lykkedes forskere fra Fraunhofer IGB at omdanne 3-carene til stoffer, der kan bruges som komponenter til biobaseret plast. Disse nye organiske polyamider er ikke kun gennemsigtige, men har også en høj termisk stabilitet, hvilket gør dem velegnede til en bred vifte af applikationer.

Øget effektivitet fra innovative processer

For at gøre plastindustrien mere bæredygtig og effektiv med hensyn til energi og ressourcer, forskellige andre centrale spørgsmål skal behandles. Disse omfatter en forbedring af eksisterende behandlingsmetoder og udvikling af nye.

Fraunhofer Institut for Procesteknik og Emballage IVV udstiller en intelligent enhed til test af afrivbar emballage. Pack Peel Scan bruges til at måle den kraft, der kræves for at åbne plastbakker og plastfoliepakker. De registrerede data kan derefter bruges direkte til at evaluere kvaliteten af ​​forseglingen. Ud over, specifikke data om variationen i den krævede kraft under åbning af emballage kan også anvendes i forbindelse med machine-learning-metoder (AI) for at forudsige procesfejl.

Mikrofluidsystemer bruges til at transportere, filtrer og bland minimale mængder væske i mikroliter- og picoliterområdet. Medicin og bioteknologi er klassiske anvendelsesområder for denne teknologi. Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT har perfektioneret produktionen af ​​tilpassede mikrofluidiske chips ved hjælp af en laserbaseret proces, der giver en række fordele. For eksempel, der er ikke behov for brug af absorbenter. I øvrigt, en laserstråle kan bruges til individuelt at polere udvalgte områder, derved opnås en høj grad af gennemsigtighed til applikationer som spektroskopi.

Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering IOF demonstrerer en forbedret teknik til deponering af atomlag (ALD). Dette er en nøglebelægningsproces, Brugt, for eksempel, at opnå ensartede optiske egenskaber på tværs af hele den indre og ydre overflade af plastoptik.

Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials IFAM præsenterer en ny udvikling inden for sensorteknologi. Denne nye gestus-genkendelsessensor fra Fraunhofer IFAM er lavet af et polymerbaseret materiale og bruges til at styre Industrie 4.0-applikationer. Sensoren er omkostningseffektiv og velegnet til en lang række applikationer.

SAMMI er et nyt system udviklet på Fraunhofer Institute for High Frequency Physics and Radar Techniques FHR. Den er designet til at scanne emner på et transportbånd eller produktionslinje og bruger højfrekvensteknologi til at detektere minimale fremmedlegemer eller skader. Dette muliggør hurtig og pålidelig identifikation af forurening i emballerede fødevarer, for eksempel.