Met een gecombineerd personeelsbestand van bijna 300, 000 medewerkers, kunststof is een van de belangrijkste industriële sectoren van Duitsland. De industrie heeft ook een sterke positie op het internationale toneel, niet in de laatste plaats te danken aan de productieve onderzoeksprestaties. Op de "K"-beurs van dit jaar, 's werelds toonaangevende branche-evenement voor kunststoffen, in totaal 11 Fraunhofer-instituten exposeren innovatieve, duurzame en efficiënte concepten, ontwikkelingen en oplossingen voor de kunststofindustrie (16–23 oktober; stand SC01, hal 7).

Duurzaamheid, efficiëntie en het behoud van hulpbronnen zijn enkele van de belangrijkste onderwerpen die momenteel het sociale en politieke debat stimuleren - en terecht. In deze context, de schijnwerpers zijn steeds meer gericht op kunststoffen. Toch zou het dagelijkse leven ondenkbaar zijn zonder plastic. Hetzelfde, het is een materiaal dat een sleutelrol gaat spelen in de toekomstige productie en industrie. Op de vakbeurs "K" van dit jaar, die onder de slogan "Plastics for Future" loopt, zullen instituten van de Fraunhofer-Gesellschaft hun nieuwste technologische innovaties presenteren, die zijn ontworpen om de kunststofindustrie van morgen duurzamer en efficiënter te maken in termen van zowel energie als hulpbronnen. Een van de onderwerpen die op de Fraunhofer-stand aan bod komen, zijn kunststoffen met nieuwe eigenschappen; nieuwe benaderingen van de productie, recycling en hergebruik van kunststoffen; en optimaliseren van processen.

Het gebruik van hulpbronnen in de productie verminderen

Het doel van moderne productiemethoden moet zijn om het verbruik van hulpbronnen te verminderen met behoud van een hoog niveau van productfunctionaliteit. Dit verhoogt niet alleen de winstgevendheid van het product in kwestie; het levert ook een beslissende bijdrage aan de verduurzaming van de industriële productie en daarmee aan de acceptatie ervan.

Dit is de weg die het Fraunhofer Institute for Microstructure of Materials and Systems IMWS volgt met de ontwikkeling van lichtgewicht structuren gemaakt van halffabrikaten van organosandwich. Fraunhofer IMWS heeft aangetoond dat het mogelijk is om lichtgewicht, gebruiksklare thermoplastische sandwichconstructies goedkoop en efficiënt in een innovatief proces dat geschikt is voor massaproductie.

Lichtgewicht design is eveneens het terrein waarop het Fraunhofer Instituut voor Toegepast Polymeeronderzoek IAP een nieuwe ontwikkeling presenteert. Met behulp van een nieuw type oven die temperaturen tot 2850 °C genereert, onderzoekers van Fraunhofer IAP zijn erin geslaagd om biobased koolstofvezels te produceren uit hernieuwbare materialen, waarvan de eigenschappen die van conventionele koolstofvezels gedeeltelijk overtreffen. In aanvulling, dit nieuwe proces levert een aanzienlijke verlaging van de productiekosten op.

Het Fraunhofer Instituut voor houtonderzoek, Wilhelm-Klauditz-Institut, WKI toont ook een innovatie die hulpbronnen spaart:een ecologische en duurzame plastic bak voor het vervoeren van kleine voorwerpen. Polypropyleen trays worden dagelijks gebruikt voor het transporteren en opslaan van miljoenen artikelen in de groothandel, detailhandel en industrie. Onderzoekers van Fraunhofer zijn er nu in geslaagd om tot 25 procent van het polypropyleen dat wordt gebruikt bij de vervaardiging van dergelijke trays te vervangen door houtvezels. In aanvulling, de nieuwe trays zijn niet alleen duurzamer, maar ook sterker en lichter – voor dezelfde productiekosten.

Nieuwe materialen ontwikkeld door het Fraunhofer Instituut voor Chemische Technologie ICT zullen de recycling een belangrijke impuls geven. De nieuwe zelfversterkte PLA-composieten van Fraunhofer ICT hebben een hoge mechanische sterkte en stijfheid, zelfs bij verhoogde temperaturen. En, zoals puur PLA, ze zijn volledig biobased en ductiel, gemakkelijk te recyclen en industrieel biologisch afbreekbaar. Verder, de energie die wordt verbruikt tijdens de productie van PLA - en daarmee ook de CO ₂ equivalent — is ongeveer de helft van wat betrokken is bij de productie van conventionele met koolstofvezel versterkte polymeren, zoals polymeren die polypropyleen bevatten. In aanvulling, het nieuwe proces reduceert de productiekosten aanzienlijk.

Van recycling naar upcycling

Van alle materialen, er is misschien geen beter geschikt voor recycling en hergebruik dan plastic. De mogelijkheden zijn hier zeer gevarieerd en variëren van een eenvoudige recycling van kunststof als materiaal, tot het hergebruik ervan in een vorm van upcycling, tot thermische terugwinning van energie door middel van verbranding.

De Fraunhofer Cluster of Excellence Circular Plastics Economy laat zien hoe je ontwerpt, voor kunststoffen, een keten voor hergebruik van energie en materialen volgens circulaire principes. Het consortium achter het cluster ontwikkelt speciale diensten voor, en in samenwerking met, de kunststofindustrie, inclusief aanverwante bedrijven voor consumptiegoederen en handel, evenals de recyclingindustrie.

Een van de belangrijkste uitdagingen voor de industrie is hoe om te gaan met bepaalde soorten plastic afval, zoals folieverpakkingen. Het Fraunhofer Instituut voor structurele duurzaamheid en systeembetrouwbaarheid LBF onderzoekt momenteel dit probleem. In een project getiteld Up-cyclePET, Onderzoekers van Fraunhofer hebben de krachten gebundeld met het bedrijf EASICOMP GmbH om hoogwaardige materialen te ontwikkelen uit kortlevend plastic afval voor verder gebruik in toepassingen met een lange levensduur, zoals lichtgewicht auto-onderdelen. Als basismateriaal worden drankflessen van polyethyleentereftalaat (PET) gebruikt.

Het Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB onderzoekt ook het gebruik van afval als bron voor de productie van grondstoffen. Dergelijke bronnen zijn onder meer de natuurlijke stof 3-careen, dat een bestanddeel is van terpentijn en in deze vorm voorkomt als bijproduct bij de productie van cellulosepulp uit hout. Tot nu toe was het gebruikelijk om het te verwijderen door verbranding. Echter, met behulp van nieuwe katalytische processen, onderzoekers van Fraunhofer IGB zijn er nu in geslaagd 3-careen om te zetten in stoffen die kunnen worden gebruikt als componenten voor biobased plastics. Deze nieuwe organische polyamiden zijn niet alleen transparant maar hebben ook een hoge thermische stabiliteit, waardoor ze geschikt zijn voor een breed scala aan toepassingen.

Verhoogde efficiëntie door innovatieve processen

Om de kunststofindustrie duurzamer en efficiënter te maken op het gebied van energie en hulpbronnen, verschillende andere belangrijke kwesties moeten worden aangepakt. Deze omvatten een verbetering van bestaande verwerkingsmethoden en de ontwikkeling van nieuwe.

Het Fraunhofer Instituut voor Procestechniek en Verpakkingen IVV stelt een intelligent apparaat tentoon voor het testen van afpelbare verpakkingen. De Pack Peel Scan wordt gebruikt om de kracht te meten die nodig is om plastic trays en plastic folieverpakkingen te openen. De geregistreerde gegevens kunnen dan direct worden gebruikt voor het beoordelen van de kwaliteit van het zegel. In aanvulling, specifieke gegevens over de variatie in de benodigde kracht tijdens het openen van verpakkingen kunnen ook worden toegepast in combinatie met machine learning-methoden (AI) om procesfouten te voorspellen.

Microfluïdische systemen worden gebruikt voor het transporteren, filter en meng minuscule hoeveelheden vloeistof in het microliter- en picoliterbereik. Geneeskunde en biotech zijn klassieke toepassingsgebieden voor deze technologie. Het Fraunhofer Instituut voor Lasertechnologie ILT heeft de productie van op maat gemaakte microfluïdische chips geperfectioneerd door middel van een lasergebaseerd proces dat een scala aan voordelen biedt. Bijvoorbeeld, het gebruik van absorptiemiddelen is niet nodig. Bovendien, een laserstraal kan worden gebruikt om geselecteerde gebieden individueel te polijsten, waardoor een hoge mate van transparantie wordt bereikt voor toepassingen zoals spectroscopie.

Het Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering IOF demonstreert een verbeterde techniek voor atomaire laagafzetting (ALD). Dit is een belangrijk coatingproces, gebruikt, bijvoorbeeld, om uniforme optische eigenschappen over het gehele binnen- en buitenoppervlak van kunststofoptiek te bereiken.

Het Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials IFAM presenteert een nieuwe ontwikkeling op het gebied van sensortechnologie. Deze nieuwe bewegingsherkenningssensor van Fraunhofer IFAM is gemaakt van een op polymeer gebaseerd materiaal en wordt gebruikt om Industrie 4.0-toepassingen te besturen. De sensor is kosteneffectief en zeer geschikt voor een breed scala aan toepassingen.

SAMMI is een nieuw systeem ontwikkeld door het Fraunhofer Institute for High Frequency Physics and Radar Techniques FHR. Het is ontworpen om items op een transportband of productielijn te scannen en maakt gebruik van hoogfrequente technologie om minuscule vreemde voorwerpen of schade te detecteren. Dit maakt de snelle en betrouwbare identificatie van besmetting in verpakte voedingsmiddelen mogelijk, bijvoorbeeld.