Zwei Flachs-Rollen.

Die naturfaserverstärkten UD-Tapes sind in verschiedenen Breiten verfügbar. (Bild: Fuse)

Braune rechteckige Form.
Bild 1: Musterteil aus hanffaserverstärktem PA 1010. (Bild: Fuse)

Fuse steht für ‚Fibers In Use‘, denn der Gedanke hinter dem Produkt ist, dass sich mit den Fuse-Halbzeugen nachhaltige Composite-Produkte besonders leicht und effektiv herstellen lassen, die auch in der industriellen Anwendung bestehen. Mit einer regionalen Lieferkette hat das Unternehmen die Kontrolle über die Erzeugnisqualität und ermöglicht es, Halbzeuge anzubieten, die eine optimale Klimabilanz haben

Wie alles begann

Eine Flachsrolle und zwei Enden von Skistöcken und zwei Skipitzen.
Bild 2: Hanftape ersetzt die Glasfaser im Skistock von Troi.composite und im Freerideski der Firma Spurart. (Bild: Fuse)

Die Gründer Lovis Kneisel und Kay Kölzig haben Fuse im Jahr 2021 als Marke der Sachsen Leinen GmbH ins Leben gerufen. Dennoch, „Wie bei vielen innovativen Produkten steckt auch hinter Fuse ein mehrjähriger Forschungs- und Entwicklungsprozess“, berichtet Lovis Kneisel. „Alles begann mit zwei Fragen: Erstens, wie kann aus Naturfasern möglichst effizient eine homogene und belastbare Fläche für den Bau von Biocomposites geschaffen werden? Und zweitens, wie kann eine solche homogene Fläche aus Naturfasern sowohl nachhaltig als auch kostengünstig produziert werden, um als konkurrenzfähige Alternative gegenüber synthetischen Äquivalenten am Markt bestehen zu können?“ Diese zwei Fragen haben die beiden Gründer immer wieder beschäftigt und schließlich Taten folgen lassen. In Kooperation mit verschiedenen Industrie- und Forschungspartnern haben sie beide Fragestellungen immer wieder beleuchtet und aus verschiedenen Blickwinkeln betrachtet. Durch intensive Entwicklungsarbeiten konnten sie im Laufe der Jahre die Zahlen und Fakten gewinnen, die sie immer näher zum idealen Naturfaserhalbzeug inklusive nachhaltiger Lieferkette gebracht haben. Kay Kölzig fasst zusammen: „Als wir endlich mit dem Ergebnis zufrieden waren, war es Zeit, Fuse auf den Markt zu bringen und es mit unseren Partnern in diversen Produktanwendungen auf Herz und Nieren zu prüfen.“ Geprüft wurde in der Tat. So sind bereits Ski und Skistöcke sowie ein Fahrradrahmen unter Einsatz der Naturfaser-UD-Tapes entstanden. Doch auch im Labor wurden die UD-Tapes auf ihre technischen Eigenschaften untersucht und können als natürliche Alternative zu synthetischen Pendants aus Glasfaser überzeugen.

Warum Composite plus Nachhaltigkeit herausfordernd ist

Brauner Holzrahmen.
Bild 3: Mit Hanftape verstärkter Fahrradrahmen aus Schichtholz der Firma Norrcycle. (Bild: Fuse)

Der nachhaltige Ersatz von Glas- und Carbonfaser ist genau das, was die Markkleeberger antreibt. Das Jungunternehmen hat die Vision, den Compositemarkt zu revolutionieren und Compositewerkstoffe zu dem zu machen, was sie eigentlich sein sollten: leicht, effizient und nachhaltig. Ziel der beiden Unternehmer ist es, die CO2-Emissionen im Compositemarkt drastisch zu reduzieren. Compositeprodukte sind aus der heutigen Welt nicht mehr wegzudenken und kommen in vielen wichtigen Lebensbereichen wie Energieerzeugung, Maschinenbau, Fahrzeugbau oder Sport und Freizeit vor. Im Großteil der Fälle werden Composites aus Carbon oder Glasfaser hergestellt. Beide Materialien benötigen in der Produk-tion große Energiemengen und lassen sich gar nicht oder nur sehr schwer am Ende ihres Produktzyklus recyceln und entsorgen. In Anbetracht der Masse an Compositeprodukten stellt dies uns als Gesellschaft vor eine riesige Herausforderung. Noch konkreter lässt sich das am Beispiel der Windkrafträder verstehen. Im Rahmen der Nachhaltigkeitsziele und Energiewende ist es sinnvoll, mehr Windkraft zu nutzen und somit mehr Windparks zu errichten. Die Rotorblätter der Windräder werden zu großen Teilen aus Glasfaser hergestellt. Dabei werden 25 t Glasfaserverbund pro Rotorblatt eingesetzt. Nach circa 20 Jahren müssen die Windkrafträder erneuert werden. Jedes Jahr müssen somit in Europa 4.000 Rotorblätter ersetzt und entsorgt werden. Das sind 100.000 t an Glasfaser im Jahr, Tendenz steigend. Glasfaser lässt sich nach dem heutigen technischen Stand nicht ökonomisch sinnvoll recyceln. Im Fall der Rotorblätter werden diese entweder für die Produktion von Stahl oder Zement genutzt oder deponiert. Das ist nur bedingt als eine nachhaltige Entsorgungslösung zu sehen.

Deshalb wurde Fuse mit dem 2. Platz beim Biopolymer Innovation Award 2022 ausgezeichnet

Beeindruckt hat die Jury aus technischer Sicht unter anderem die Gleichmäßigkeit, mit der die Fasern vom Biopolymer überzogen sind. Weiterhin, dass ein leichtes, bioabbaubares Verbundmaterial entwickelt wurde, das mit etablierter Fertigungstechnologie hergestellt werden kann. Dadurch kann die derzeit für unidirectionale-Tapes eingesetzte Werkstoffkombination aus Polypropylen mit Glasfasern durch biobasiertes Polyamid mit Flachs- oder Hanffaserverstärkung ersetzt werden. Bemerkenswert ist auch, dass die Entwicklung aus einer Region stammt, in der die Transformation von der Braunkohle- und Chemieindustrie hin zu Agrar- und natürlichen Stoffen gelungen ist und diese Rohstoffbasis bereits industriell genutzt wird. Aus den natürlichen Materialien entstehen unter anderem hochtechnische Produkte, die am Ende ihrer Nutzungsphase rezykliert und als kurzfaserverstärkter Kunststoff ein zweites Leben erhalten, bevor sie am Ende ihres Lebenszyklus der biologischen Wiederverwertung zugeführt werden.

Naturfasern als Alternative

Ein möglicher Lösungsansatz ist es, die mineralischen Faserstoffe in dafür geeigneten Anwendungen durch natürliche Alternativen zu ersetzen. Hierfür eignen sich vor allem Hanf- und Flachsfasern. Beide Fasern weisen eine geringe Dichte und sehr gute mechanische Eigenschaften auf. Die hohe Steifigkeit prädestiniert sie für den Einsatz in Compositen.
Bisher bestanden allerdings immer zwei Probleme beim Einsatz von Naturfasern in Compositen: Naturfaserhalbzeuge sind aktuell wirtschaftlich gesehen nicht wettbewerbsfähig gegenüber Halbzeugen aus mineralischen Faserstoffen und weisen teilweise eine geringe Praxistauglichkeit in industriellen High-Tech-Anwendung auf. Das Fuse-Team hat dieses Problem verstanden und Halbzeuge zum Bau von Compositeprodukten entwickelt, die mit den technischen und wachsenden ökologischen Anforderungen der Industrie mithalten können und das bei gleichzeitig kompetitiven Preisen. Ein gutes Beispiel dafür sind die UD-Tapes. Mit den Halbzeugen aus Hanf oder Flachs haben Unternehmen die Möglichkeit, ihre Compositeprodukte nachhaltiger zu gestalten und gleichzeitig ihre hohen technischen Standards zu halten. Am Ende des Produktlebenszyklus lassen sich mit Fuse UD-Tapes hergestellte Compositeprodukte recyceln oder beinahe CO2-neutral thermisch entsorgen.

Technische Eigenschaften der UD-Tapes

Doch wie genau sind die technischen Eigenschaften der UD-Tapes, wenn sie für industrielle Hochleistungs-Verbundwerkstoffanwendungen in Frage kommen? Zwei seiner herausragenden Eigenschaften sind die sehr homogene Flächengewichtsverteilung und die hohe Faserorientierung. Durch die besondere gerichtete Anordnung nutzen die Halbzeuge das volle Leistungspotenzial der natürlichen Faserstoffe. Derzeit werden die UD-Tapes aus Sachsen aus Hanf- und/oder Flachsfasern zur duroplastischen Verarbeitung hergestellt. Aber auch thermoplastische Varianten, die mit einem Biopolymer wie PLA, PA 1010 oder PA 11 hergestellt werden, sind denkbar oder bereits in der Entwicklung. Durch die hohe Flexibilität des Herstellungsverfahrens kann eine Vielzahl von Polymeren verarbeitet werden. Mit einem einstellbaren Flächengewicht von 100 bis 250 g/m² und einer Arbeitsbreite von bis zu 25 cm eignen sich die Tapes besonders zum Herstellen von Verbundteilen mit spezifischen Eigenschaftsprofilen.

Lieferwege kurz, CO2-Fußabdruck klein

Die nachhaltigen Halbzeuge bestehen zu 100 % aus biobasierten Rohstoffen aus nachhaltigem, regionalem Anbau in Europa und haben somit einen sehr guten CO2-Fußabdruck. Durch den regionalen Bezug der Fasern ist die Lieferkette sehr kurz. Dies wiederum ermöglicht es, Kosten gering zu halten und eine Wettbewerbsfähigkeit zu garantieren.

Kollaboration mit Abnehmern: Von Industrie bis Lifestyle

Durch die breite Produktpalette an Fasern sowie thermoplastischen und duroplastischen Verarbeitungsoptionen, ist den möglichen Produktanwendungen für Fuse-Halbzeugen keine Grenze gesetzt. Von den klassischen Compositeindustrien wie Mobilität, Sport bis hin zu Lifestyleprodukten wie Accessoires oder Möbel ist vieles möglich. Hier kommt ein weiterer wichtiger Erfolgsfaktor der Markkleeberger mit ins Spiel: die enge Zusammenarbeit mit halbzeugverarbeitenden Unternehmen. Firmenphilosophie ist es, gemeinsam mit den Verarbeitern die passenden faserhalbzeugspezifischen Compositeprodukte zu entwickeln. So ist bereits ein Ski zusammen mit dem Skihersteller Spurart aus dem UD-Tape entstanden. Der norwegische Fahrradhersteller Norrcycle optimiert mit dem sächsischen Team einen Fahrradrahmen. Durch diese enge Kunden- und Anwenderorientierung entwickelt sich auch das Produkt an sich stetig weiter, inklusive der dafür notwendigen Evolutionsschritte. Der Entwicklungsschritt von duroplastischen Halbzeugen zu thermoplastischen Lösungen ist nur ein Beispiel dafür. Gut vorstellen kann sich das Team auch Halbzeuge aus anderen Naturfasern wie Schafwolle oder Ananasfasern.

Der Mann links mit hellem Hemd rotbraune glatte Harre mit Bart. Der Mann rechts mit blauem Hemd und dunkelblonden Locken und Bart.
Die Gründer von Fuse: Lovis Kneisel und Kay Kölzig (v.l.) (Bild: Fuse)

Wohin die Reise gehen könnte

Doch die Reise ist noch nicht zu Ende. Die engen Kontakte zur Forschung helfen dem Team auch weiterhin, Fuse zu optimieren und neue Produkt- und Anwendungsfelder zu entwickeln. So betont Lovis Kneisel: „Wir verstehen uns nicht nur als Hersteller, sondern auch als Dienstleister. Das heißt konkret, dass wir mit unseren Kunden gemeinsam an ihrer Produktentwicklung arbeiten. Hierfür stellen wir das notwendige Know-how und Netzwerk zur Verfügung, das es braucht, um bestehende Produkte neu zu denken.“

Dank

Ein besonderer Dank gilt den Partnern Troi.Compo- sites, dem Fraunhofer IMWS und der Technischen Universität Chemnitz für die tatkräftige Unterstützung im Entwicklungsprozess.

Quelle: Fuse

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