Kunststoffverpackungen schützen nicht nur die Waren, die Endkonsumenten aus dem Supermarkt holen. Auch wenn der Supermarkt beliefert wird, werden ganze Paletten vielfach in Plastik eingehüllt. Diese Palettenwicklungen bestehen aus einer belastbaren Stretchfolie, die unter Zug aufgebracht und mittels eigener Maschinen um die ganze beladene Paletteneinheit gewunden wird.

Wenn der Lieferant Milch-, Butter- und Käsekartons aufeinanderstapelt, sorgt die Folie für Stabilität, Schutz und die Sicherheit, dass die Waren nicht beschädigt werden. Auch Baustoffe und Lieferprodukte aller Art werden so transportiert.

Nach dem Transport sind die Verpackungen, die überwiegend aus fossil gewonnenem Polyethylen bestehen, zumeist Abfall, der letztendlich thermisch verwertet – sprich verbrannt – wird. Angesichts ihres flächendeckenden Einsatzes sind die Folien nicht der kleinste Teil der knapp 26 Millionen Tonnen an Plastikmüll, die jährlich in Europa anfallen.

In dem Projekt "EFFIE – Effizientere, biobasierte und recycelbare Stretchfolie" hat man sich des Problems angenommen. In dreijähriger Forschungsdauer soll eine Alternative aus Biokunststoffen entstehen, die vollständig kompostierbar ist – und besonders effizient und materialsparend einsetzbar ist.

In dem vom Forschungsunternehmen Fraunhofer Austria koordinierten Projekt tragen das Institut für Angewandte Physik der TU Wien, der Lehrstuhl für Werkstoffkunde und Prüfung der Kunststoffe der Montanuniversität Leoben sowie die Wirtschaftspartner Lenzing Plastics und Pamminger Verpackungstechnik zu der Entwicklung bei. Unterstützt wird das Projekt im Programm Produktion der Zukunft der Förderagentur FFG mit Mitteln des Klimaschutzministeriums.

Kandidaten-Auswahl

Wie geht man also an die Sache heran, wenn man ein hochspezialisiertes Produkt aus biogenem Kunststoff schaffen möchte? "Zuerst werden Umfeldbedingungen analysiert", sagt Projektleiter Paul Anton Schindler vom Geschäftsbereich Logistik und Supplychain-Management bei Fraunhofer Austria. "Was muss die Folie können? Wie sieht ihr Lebenszyklus aus? Welche Anforderungen stellt der Wickelmechanismus? Alle diese Fragen müssen im Vorfeld beantwortet werden."

Auf Basis der erhobenen Kriterien wurde ein Material-Screening durchgeführt. Etwa zehn Biokunststoffgranulate wurden ausgewählt – Produkte, die etwa aus Stärke, Lignin oder Polymilchsäuren bestehen – und im Labor zu Folien verarbeitet. Nach ersten ausführlichen Tests schied etwa die Hälfte der Kandidaten aus. Die verbliebenen Varianten werden nun zur Grundlage verschiedener Materialkompositionen, deren jeweils positiven Eigenschaften miteinander kombiniert werden.

Festigkeit erhöhen

Gleichzeitig überlegen sich die Forschenden, welche Strukturen die Festigkeit der Biofolie erhöhen könnten. Man blickt dabei auf die Formen der Natur, etwa Bienenwaben, die – im Sinne der Biomimetik – abgeschaut werden können. Schindler denkt auch an Geometrien, die beim Dehnen der Folie auseinanderdrängen und sich also quer zur Streckrichtung ausdehnen – man spricht hier von sogenannten auxetischen Strukturen. Sie sollen für mehr Stabilität sorgen.

Bei Fraunhofer Austria selbst entsteht eine Methode zur adaptiven Wickelung der Folie. Das System soll auf Basis von Sensordaten zu Gewicht und Höhe der beladenen Palette eine Wickelung entwerfen, die möglichst materialsparend ist und die Sicherungsfunktion der Folienschichten optimiert.

Es soll also automatisch berechnet werden, wie viele Wickelschichten auf welcher Höhe nötig sind und wie groß die Überlappungen sein müssen. Zuletzt soll eine Kosten-Nutzen-Rechnung die Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit einer breiten Verwendung des neuen Materials testen. Das Projekt läuft noch bis Ende 2022. (Alois Pumhösel, 15.9.2021)