PHAt: Natürliche Verdickungsmittel für abbaubare Schmierstoffe

Mit der Entwicklung von umweltfreundlichen Verdickungs- und Bindemitteln zielt »PHAt« auf den Einsatz neuer biobasierter und bioabbaubarer Rohstoffe in Schmiermitteln und Gleitlacken. Im Rahmen des Projekts werden dafür die Polymere Polyhydroxyalkanoate (kurz: PHAs) in Bakterien hergestellt, isoliert und dann chemisch so modifiziert, dass die optimale Viskosität im Schmiermittel erreicht wird. Das Verdickungsmittel sollte zudem bestmögliche Löslichkeit sowie eine ausreichende thermische und oxidative Stabilität aufweisen. Der Schmierstoffindustrie sollen so optimierte und zugleich umweltverträgliche Verdickungsmittel zur Verfügung gestellt werden. 

Schmierstoffe werden in nahezu allen Maschinen eingesetzt. Sie reduzieren die Reibung und den Verschleiß, schützen vor Korrosionen, kühlen, dichten ab und halten sauber. Findet das Schmierfett oder Öl nicht in einem geschlossenen Betrieb seinen Einsatz, sondern in maschinellen Teilen eines Windrads oder Schneepflugs, eines Schiffes oder Traktors, gelangt es in sensible Gebiete unserer Umwelt und wird heute dort entweder gar nicht oder nur unzureichend abgebaut.

Gegenwärtig werden Verdickungsmittel für Schmierstoffe aus Metallseifen oder anorganischen Füllstoffen, Kunststoffen und Polyharnstoffen hergestellt. Die meisten dieser Materialien sind demnach nicht biologisch abbaubar und können negative Auswirkungen auf die Umwelt haben. Damit Wiesen und Wälder, alpine Gebiete, Ackerland oder das offene Meer künftig nicht mehr von solchen Stoffen belastet werden, bedarf es biologisch rückstandsfreier abbaubarer Schmiermittel.

Unabhängig von fossilen Rohstoffen 

Das Projektkonsortium erforscht und entwickelt umweltfreundliche, biologisch abbaubare Verdickungsmittel auf natürlicher Basis und begegnet damit dem derzeitigen Mangel an nachhaltigen Alternativen. »PHAt« leistet somit einen Beitrag zum Schutz der Umwelt und zu größerer Unabhängigkeit von fossilen Rohstoffen.

Seit vielen Jahren beschäftigt sich unsere Abteilung »Biobasierte Kunststoffe« mit der Entwicklung und Synthese von Polymeren und Additivsystemen auf Basis nachwachsender Rohstoffe. Dabei wird die gesamte Prozesskette, angefangen von der Polymerchemie über die Werkstoffentwicklung, Verarbeitung und Anwendung bis hin zur Musterproduktion und Materialprüfung, von den Mitarbeitern und Mitarbeiterinnen bearbeitet. Diese umfangreiche Kompetenz bildet im Projekt die wissenschaftliche Basis für die Untersuchungen chemisch modifizierter Biopolymere und ihren möglichen Einsatz in Schmierstoffen bzw. Verdickungsmitteln.

Verdickungsmittel im Labor

In dem auf drei Jahre angelegten Projekt übernimmt Fraunhofer UMSICHT die Vorstudien zu PHA-basierten Verdickungs- und Bindemitteln im Laborbereich und definiert gemeinsam mit UnaveraChemLab GmbH die PHA-Typen, die am besten für eine Verwendung als Verdickungsmittel geeignet sind. Darüber hinaus steuert das Institut den wissenschaftlichen und technischen Teil des Projekts sowie die spätere Verbreitung der Forschungsergebnisse.

Fritzmeier Umwelttechnik GmbH & CO. KG arbeitet an der biotechnologischen Herstellung der PHAs. Als Schmierstoffproduzent wird Fuchs Schmierstoffe GmbH letztlich die entwickelten Verdickungs- und Bindemittel in Schmierstoffe und Gleitlacke anwendungsnah prüfen.

Netzwerk gegen Plastikmüll 

Das Projekt »PHAt« resultiert aus dem Kooperationsnetzwerk »BioPlastik«, das durch die IBB Netzwerk GmbH geleitet wird. Mit gemeinsamen Projekten zur Entwicklung von neuen, natürlichen und abbaubaren Biopolymeren wirken die Partner*innen des Netzwerks gegen die Verwendung petrochemischer Kunststoffe.   

Ein Jahr nach Projektbeginn lassen sich bereits einige positive Zwischenergebnisse benennen. So konnte mit der Identifizierung mehrerer aussichtsreicher PHA-Typen planmäßig der erste Meilenstein erreicht werden. Vielversprechende PHA-produzierende Stämme wurden zudem ermittelt und befinden sich derzeit im Labormaßstab in Kultur. Anhand theoretischer Betrachtungen zum Öl-Verdickersystem und korrelierender Laborergebnisse ist nun eine Modellierung und Einstellung der Viskosität möglich.

Von den im Laufe des Projekts getesteten, chemisch modifizierten Mustern weisen einige im Laborversuch bereits erfolgversprechende Verdickungseigenschaften auf. Zudem lösen sich erste Muster in Grundölen und führen zu einer positiven Verdickerwirkung bei der Endanwendung. Auch konnten erste interessante Bindersysteme für Gleitlacke identifiziert werden.

• Fritzmeier Umwelttechnik GmbH & Co. KG
• Fuchs Schmierstoffe GmbH
• UnaveraChemLab GmbH