Referenzprojekte

Mitteldichte Faserplatten (MDF) werden vielfach im Möbelbau eingesetzt. Sie haben eine sehr homogene Oberfläche, die sich besonders glatt beschichten lässt. Außerdem lassen sie sich ökonomisch und nachhaltig aus regional verfügbarem Holz sowie recyceltem Altholz herstellen. Daher spielen sie auch in der Bauindustrie eine große Rolle – zum Beispiel als Trägermaterial für Fußbodenbeläge oder Wandpaneele. Mit diesem Forschungsvorhaben möchten wir MDF und ähnliche Faserplatten noch zukunftsfähiger machen. Gemeinsam mit Industriepartnern entwickeln wir ein formaldehydfreies Klebstoffsystem mit biobasierten Stoffen, die preiswert am Markt verfügbar sind. Besonderer Clou: Das neue Klebstoffsystem kommt ohne klassischen Klebstoff aus.

Leichte Fahrzeuge und Baustoffe sind besonders energieeffizient. Mit Blick auf ein möglichst geringes Gewicht bei gleichzeitig guter Wärmedämmung kommen vielfach Verbundmaterialien zum Einsatz, die sich gar nicht oder nur sehr eingeschränkt recyceln lassen. Zudem bestehen sie meist aus petrochemischen oder anderen endlichen Rohstoffen. Gemeinsam mit Industriepartnern entwickeln wir eine ressourcen- und klimaschonende Lösung: recycelbare Leichtbaumaterialien auf Basis nachwachsender Rohstoffe mit individuellen Formgebungsmöglichkeiten. Besonderer Clou: Die Integration einer funktionalen Schicht soll die Herstellung von heizbaren Möbeln und Interieurbauteilen mit Beleuchtungsfunktion ermöglichen. Das Anwendungs- und Marktpotenzial ist branchenübergreifend sehr hoch.

Möbel müssen diverse Ansprüche erfüllen. Sie sollen bezahlbar, stabil, umzugsfähig, ästhetisch und bestenfalls flexibel gestaltbar sein. Daher bestehen sie oft aus mehreren Komponenten und Werkstoffen. Mit Blick auf die Nachhaltigkeit rückt die Kreislauffähigkeit von Möbeln zunehmend in den Fokus. Entscheidend hierfür ist die sortenreine Trennbarkeit der verbauten Materialien. Gemeinsam mit dem Designstudio Jonathan Radetz entwickeln wir ein Möbelsystem, das aus nur zwei Werkstoffen mit jeweils hervorragender Recyclingfähigkeit besteht: Stahlrohr und Naturfasertextil. Dank eines innovativen Konstruktionsprinzips und hochmoderner Webtechnik entstehen daraus Möbel und Designelemente, die sich leicht demontieren, umbauen, mitnehmen und hochwertig recyceln lassen. Die Machbarkeit demonstrieren wir anhand einer Sitzgelegenheit für den halböffentlichen Raum.

Wie lassen sich Straßensanierungen wirtschaftlicher und mit weniger Verkehrsstörungen planen? Der Versagenszeitpunkt einer Asphaltstraße hängt vom strukturellen Zustand der Asphalttragschicht ab. Überprüfungen sind derzeit nur stichprobenartig per Bohrkernuntersuchung möglich und schädigen die Straße zusätzlich. Gemeinsam mit Forschungs- und Industriepartnern entwickeln wir eine Lösung: ein intelligentes Messsystem, mit dem sich der Zustand der Asphalttragschicht kontinuierlich, flächendeckend und zerstörungsfrei überwachen lässt. Grundlage des Messsystems ist ein Sensorgewebe im Asphalt. Am Fraunhofer WKI entwickeln wir passende Gewebekonstruktionen auf Basis von Naturfasern sowie einen Prozess für die schonende Integration des elektrisch leitenden Sensormaterials in das Gewebe.

Wie kann man besonders nachhaltige Wärmedämmstoffe für Gebäude herstellen? Mit Pilzen! Gemeinsam mit dem Braunschweiger Start-up »YcoLabs« nutzen wir das organische Wachstum von Pilzmyzel als natürliches Bindemittel, um pflanzliche Reststoffe wie Hanfschäben, Holzspäne oder Elefantengrasfasern zu Dämmstoffen zu verarbeiten. Besonderer Vorteil: Man kann die Dämmstoffe in quasi jede beliebige Form und Größe wachsen lassen. Dadurch sind sie sehr vielseitig einsetzbar. Um die Leistungsfähigkeit der Pilz-Dämmstoffe zu demonstrieren, stellen wir Prototypen für ein Anwendungsbeispiel her und testen sie in der realen Einsatzumgebung. In nachfolgenden Pilotprojekten mit der Bauindustrie möchten wir die Dämmstoffe zu verschiedenen, marktfähigen Produkten weiterentwickeln. Damit tragen wir dazu bei, den Anteil von nachwachsenden Rohstoffen in Gebäuden zu erhöhen und somit Klima- und Umweltschutzziele zu erreichen.

Wärme, Trockenheit, Sturm, Borkenkäfer: Im Nationalpark Harz führt der Klimawandel zu großflächigen Waldschäden. Die Wiederbewaldung wird Jahrzehnte dauern. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf die Holz- und Forstwirtschaft, den Tourismus und somit auf das Wohlergehen der regionalen Bevölkerung. Gemeinsam mit Forschungs- und Regionalpartnern entwickeln wir unterschiedliche Szenarien für die Wiederbewaldung und prognostizieren deren Ökosystemleistungen sowie darüber hinausgehende, sozioökonomische Effekte. Ein Ansatz besteht darin, die abgestorbenen Fichtenbestände durch klimaresistentere Laubbaumarten zu ersetzen. Am Fraunhofer WKI untersuchen wir die erzielbare Holzqualität und -ausbeute sowie die Eignung der Hölzer zur Herstellung von Holzwerkstoffen.

Mit diesem Projekt möchten wir zeigen, wie Agroforstsysteme mit schnellwachsenden Pappeln eine zukunftsfähige Landwirtschaft ermöglichen und gleichzeitig die Holzindustrie stärken können. Gemeinsam mit Forschungs- und Praxispartnern bauen wir Modellregionen in Norddeutschland auf und entwickeln innovative Wertschöpfungsketten für Pappelholz – insbesondere für die stoffliche Nutzung. Der Fokus des Fraunhofer WKI liegt dabei auf der Entwicklung von Holzwerkstoffen und hybriden Materialverbünden. Durch die Optimierung des Pappelanbaus sollen passende Holzqualitäten und -sortimente erzielt werden. Um den landwirtschaftlichen und holznutzenden Betrieben den Einstieg in die Agroforst-Wertschöpfungsketten zu erleichtern und die Holzabnahme zu stabilen Konditionen sicherzustellen, werden im Projekt Kooperationsmodelle entwickelt und Netzwerke aufgebaut.

Holz mehrfach wiederverwenden: Gut für’s Klima, technisch möglich und wirtschaftlich interessant. Doch Produkte aus Altholz lassen sich schwer vermarkten. Das Problem: Kaufinteressierte müssen den Nutzen von Altholzprodukten verstehen und darauf vertrauen können, dass wirklich Altholz verwendet wurde. Daher entwickeln wir gemeinsam mit dem Thünen-Institut wissenschaftlich basierte Handlungsempfehlungen hinsichtlich der Qualitätssicherung und der Endverbraucheraufklärung – zum Beispiel mithilfe von Zertifikaten und Qualitätssiegeln. Da Altholz fast ausschließlich in der Spanplattenproduktion stofflich eingesetzt wird, fokussieren wir uns auf diesen Werkstoff und daraus hergestellte Produkte, insbesondere Möbel. Ziel ist es, den Marktanteil von altholzbasierten Produkten zu steigern und damit zu einer effizienten Rohstoffnutzung sowie zum Klimaschutz beizutragen.

Beim Neubau und Abriss von Gebäuden fällt jedes Jahr tonnenweise Altholz an. Ein großer Teil davon stammt von konstruktiven Holzbauteilen – beispielsweise Dachstühlen, Deckenbalken oder Holzständerwerken. Dieses hochwertige Altholz wird derzeit größtenteils zur Energiegewinnung direkt verbrannt. Das Ziel dieses Verbundvorhabens unter Leitung der Technischen Universität Braunschweig ist daher: eine ganzheitliche, wirtschaftliche Lösung zur Nutzung von konstruktivem Altholz für die erneute Herstellung tragender Holzbauelemente. Am Fraunhofer WKI entwickeln wir hierfür ein tragbares Analysegerät, das die zerstörungsarme in-situ-Untersuchung von verbauten Hölzern hinsichtlich etwaiger Schadstoffbelastungen ermöglichen soll – mit besonderem Fokus auf Holzschutzmittel. Das Projekt trägt dazu bei, dass künftig mehr Altholz hochwertig stofflich wiederverwendet werden kann und unterstützt den Aufbau einer nachhaltigen, biobasierten Kreislaufwirtschaft.

In Deutschland fallen jährlich etwa 8 bis 10 Millionen Tonnen Altholz an. Gut 80 Prozent davon werden direkt energetisch verwertet, also verbrannt. Um die Ressource Holz effizienter zu nutzen, müsste zunächst deutlich mehr Altholz als Material wiederverwendet werden (stoffliches Recycling). Ein Hemmnis besteht darin, dass sich etwaige Schadstoffbelastungen bisher nur mit recht hohem Aufwand feststellen lassen. Eine wesentliche Vereinfachung wird in einem Projekt unter Leitung der Universität Greifswald gemeinsam mit dem Fraunhofer WKI und Industrieunternehmen entwickelt: die Optimierung der »Röntgen-Fluoreszenz-Analytik (RFA)« für die Probenart Altholz. Die neue Analysemethode soll von allen Beteiligten der Altholz-Wertschöpfungskette einfach und schnell anzuwenden sein – zum Beispiel von Recyclingunternehmen, Holzwerkstoffherstellern und Behörden.

Spanplatten sind ein nachhaltiges und günstiges Baumaterial für Häuser und Möbel. Sie können aus regional verfügbaren Holzresten sowie recyceltem Altholz hergestellt werden. Mit diesem Forschungsvorhaben werden Spanplatten noch zukunftsfähiger. Gemeinsam mit Industriepartnern entwickeln wir Spanplatten, die mit einem neuartigen Klebstoff hergestellt werden. Er soll kein gesundheitskritisches Formaldehyd freisetzen und vollständig aus biogenen Rohstoffen bestehen. Außerdem testen wir, ob sich die Spanplatten mit alternativen Holzarten herstellen lassen, die aufgrund des Waldumbaus künftig vermehrt zur Verfügung stehen.

Über 30.000 Windräder gibt es bereits in Deutschland. Bis 2030 könnten es mehr als doppelt so viele sein. Eine Windenergieanlage hält etwa 20 bis 30 Jahre und muss dann entsorgt werden. Der Turm aus Stahl und Beton lässt sich schon sehr gut recyceln, die Rotorblätter bisher jedoch nicht. Sie bestehen aus komplexen Multimaterialverbünden – fest verklebt durch duroplastische Harze. Ein vielversprechender Lösungsweg: Mithilfe von wiederlösbaren Harzsystemen könnte man Rotorblätter so bauen, dass die Materialien sich nach Ende der Nutzungszeit sortenrein trennen lassen. Gemeinsam mit Forschungs- und Industriepartnern erarbeiten wir hierfür industriell umsetzbare Produktions-, Trennungs- und Aufbereitungsverfahren. Der Fokus des Fraunhofer WKI liegt auf der Aufbereitung und Wiederverwendung von rückgewonnenen Glasfasern und Balsaholzkomponenten. Damit tragen wir dazu bei, dass Windenergieanlagen nach Ende ihrer Nutzungszeit zu 100 Prozent hochwertig wiederverwertet werden können.

Der Holzbestandteil Lignin fällt in großen Mengen als Nebenprodukt bei der Zellstoff- und Papierherstellung an. Gemeinsam mit Industriepartnern entwickeln wir daraus einen hochleistungsfähigen Bio-Schaumstoff. Um das Marktpotenzial zu demonstrieren, wird der Ligninschaum im Projekt zu Formteilen für die Automobilindustrie verarbeitet. Diese sollen in PKW-Stoßfängern (»Stoßstangen«) als Kern zum Einsatz kommen. Auch in vielen anderen Anwendungen könnten petrochemische Schaummaterialien durch klimafreundliche Ligninschäume ersetzt werden – beispielsweise bei Verpackungen, Dämmstoffen oder als Kernmaterial in Windkraft-Rotorblättern.

Heizungsanlagen müssen nach dem Gebäudeenergiegesetz gedämmt werden. Für Anlagenteile wie Pumpengruppen, Ventile oder Armaturen gibt es vorgefertigte Dämmboxen aus polymeren Schäumen. Sie lassen sich einfach montieren und wieder abnehmen. Da sie normal- oder schwerentflammbar sind, können sie aber nicht überall eingesetzt werden. Die Dämmung mit nichtbrennbaren Materialien ist bisher umständlich. Gemeinsam mit Industriepartnern entwickeln wir eine praktikable Lösung: revisions- und recyclingfähige Dämmboxen aus einem nichtbrennbaren Schaum. Heizungsanlagen in Gebäudebereichen mit erhöhten Brandschutzvorgaben könnten dadurch schneller installiert, gewartet und umgebaut werden.

Organobleche aus Faserverbundkunststoff lassen sich angelehnt an die formgebenden Prozesse aus der Stahl- oder Aluminiumblechverarbeitung umformen. Bisher kommen für die Herstellung vor allem Glasfasern aber auch Carbon- oder Aramidfasern sowie petrochemische Kunststoffe zum Einsatz. Gemeinsam mit dem Institut für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe (IfBB) der Hochschule Hannover entwickeln wir eine nachhaltige und konkurrenzfähige Alternative: Bio-Organobleche aus Naturfasern und Biokunststoff mit verbesserten Materialeigenschaften sowie hoher Recyclingfähigkeit. Sie könnten diverse Produkte nachhaltiger machen – darunter Fahrzeuge, Gehäuse, Verkleidungen und Sportgeräte. Auch dank der guten Verfügbarkeit preiswerter Rohstoffe haben Bio-Organobleche ein hohes Marktpotenzial.

Moore schützen, Treibhausgasemissionen vermeiden und gleichzeitig wertvolle Rohstoffe für Haus- und Gartenbau gewinnen: Das ist das Ziel dieses Modell- und Demonstrationsvorhabens, das in zwei Modellregionen in den Landkreisen Emsland und Cuxhaven von insgesamt 13 Partnern aus Forschung und Wirtschaft umgesetzt wird. Aufgabe des Fraunhofer WKI ist die Entwicklung, Herstellung und Prüfung von Bauprodukten auf Basis von Rohrkolben in enger Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IBP.

Bei der Herstellung von Betonfertigbauteilen kommen Schalungen aus Holz und Styropor zum Einsatz. Nach mehrmaligem Gebrauch werden sie kostenpflichtig entsorgt. Aufgrund von Beschichtungen und Betonresten können die Schalbretter bisher nur thermisch verwertet werden (Verbrennung). Gemeinsam mit einem Industriepartner entwickeln wir eine Lösung für die stoffliche Verwertung: Wir möchten aus den Schalungsbrettern Holzschaum herstellen, der wiederum für die Betonschalung eingesetzt werden kann – als Ersatz für Aussparungskörper aus Styropor. So ließen sich Betonfertigteile effizienter produzieren und hohe Mengen an fossilen Rohstoffen einsparen. Darüber hinaus könnten weitere nachhaltige Produkte mit dem Holzschaum hergestellt werden, darunter Dämmstoffe, Verpackungen, Windrad-Rotorblätter sowie Sandwichelemente für Gebäude, Fahrzeuge, Möbel oder Sportgeräte.

Kleine Stadtwohnungen, Umzüge sowie wechselnde Wohn- und Arbeitssituationen: Möbel müssen heutzutage hohe Ansprüche an Funktionalität und Flexibilität erfüllen. Gemeinsam mit Forschungspartnern und Unternehmen entwickeln wir Möbel, die diesen Anforderungen gerecht werden und zudem nachhaltig sind. Ausgangspunkt ist die Neu- und Weiterentwicklung von Compounds, Schäumen und Lederimitaten aus Lignin – einem pflanzlichen Reststoff der Industrie. Daraus sollen modulare, leichte Möbel entstehen, die sich einfach auseinander bauen, mitnehmen, reparieren und umnutzen lassen. Das heißt: Die Materiallebensdauer soll möglichst lang sein. Ein weiterer Schwerpunkt des Projekts ist die Recyclingfähigkeit der Möbel – von ganzen Baugruppen bis zur sortenreinen Auftrennung und Aufbereitung der einzelnen Materialien. Möglichkeiten des Materialtransfers auf weitere Anwendungsbereiche wie Modeindustrie und Wohnmobilbereich werden ebenfalls betrachtet.

Nach 20 bis 30 Jahren haben Windenergieanlagen das Ende ihrer Lebensdauer erreicht und müssen rückgebaut werden. Künftig fallen pro Jahr bis zu 75.000 Tonnen Abfälle aus Rotorblättern an, darunter hohe Mengen an Faserverbundkunststoffen. Bisher werden sie energetisch genutzt (verbrannt) oder geschreddert als Zementzuschlag verwertet. Gemeinsam mit Forschungs- und Industriepartnern entwickeln wir eine ressourceneffiziente Lösung: Mittels Pyrolyse wird der Faserverbundkunststoff aus den Rotorblättern in seine Bestandteile zerlegt, um die eingesetzten Fasern zurückzugewinnen. Sowohl diese »Rezyklatfasern« als auch die gleichzeitig anfallenden Pyrolyseöle und Pyrolysegase können industriell genutzt werden. Der Fokus des Fraunhofer WKI liegt auf der nasschemischen Aufbereitung der Rezyklatfasern für die erneute Werkstoffherstellung. Damit tragen wir dazu bei, den Rohstoffbedarf der Windindustrie zu senken.

Bauen mit Holz ist ein wichtiger Beitrag zum Klimaschutz. Durch die Kombination mit Beton lässt sich der Einsatzbereich von Holzkonstruktionen erweitern. Eine vom Fraunhofer WKI mitentwickelte Klebtechnik ermöglicht die beschleunigte Herstellung von Holz-Beton-Verbundelementen (HBV-Elemente). Im aktuellen Forschungsprojekt »SafeTeCC« optimieren und standardisieren wir das Fertigungsverfahren, um es baustellentauglich und prozesssicher zu machen. Gleichzeitig sollen dadurch die Bauteileigenschaften optimiert werden. Ziel ist es, das Bauen mit HBV-Elementen im mehrgeschossigen Hochbau zu etablieren – als konkurrenzfähige Alternative zu reinen Stahlbetonfertigteilen. Damit tragen wir dazu bei, den Anteil nachwachsender Rohstoffe im Bausektor zu erhöhen und somit Klima- und Nachhaltigkeitsziele zu erreichen.