Eine zähflüssige Biopaste, die sich gut verarbeiten lässt, schnell verfestigt und dafür eignet, selbst komplexe Strukturen im 3-D-Druck-Verfahren herzustellen hat das Team um Prof. Dr. Marie-Pierre Laborie von der Professur für Forstliche Biomaterialien der Universität Freiburg entwickelt. Die Wissenschaftler haben ihre ersten Ergebnisse in den Fachzeitschriften Applied Bio Materials und Biomacromolecules vorgestellt.

Lignin als Baustoff nutzen

Lignin verstärkt die Zellwände von Pflanzenzellen und bewirkt, dass diese verholzen – ein Mechanismus, mit dem sich die Pflanzen beispielsweise vor Wind oder vor Schädlingen schützen. In der Papierherstellung bleibt es als Abfallprodukt zurück und wird zum Großteil zur Produktion von Bioenergie verbrannt. „Wir forschen daher nach alternativen Möglichkeiten, um diesen Rohstoff in Zukunft besser nutzen zu können“, sagt Laborie.

Kombination aus Lignin und Zellulose

Hierfür hat das Team eine Materialkombination, die bereits in den 1980er Jahren von einem US-amerikanischen Forschungsteam untersucht wurde, nochmals genauer unter die Lupe genommen. In diesem System sind einerseits Flüssigkristalle auf der Basis von Zellulose, dem Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände, neben der Festigkeit für ein gutes Fließverhalten der Biopaste verantwortlich. Der andere Bestandteil, Lignin, kann im Verarbeitungsprozess des Biokunststoffs, wie Robert Gleuwitz in seiner Doktorarbeit herausgefunden hat, die Mikrostruktur „verkleben“. Deren Ausrichtung bestimmt in der Folge die Eigenschaften des Biokunststoffs: So kann er beispielsweise steifer oder flexibler reagieren, je nachdem, aus welcher Richtung eine Kraft auf ihn einwirkt.

Vielversprechende Verwendung

Darüber hinaus werden die Forscherinnen und Forscher zeitnah eine ganz andere Einsatzmöglichkeit testen: Mit Hilfe des bio-basierten Materials könnte die Qualität von Böden analysiert werden. Dies geschieht, indem die Abbaubarkeit von Lignin und Cellulose in verschiedenen Bodentypen geprüft wird.

Die Ergebnisse sind aus einem Forschungsprojekt am Leistungszentrum Nachhaltigkeit der Universität Freiburg und der Fraunhofer-Gesellschaft hervorgegangen. Die Untersuchungen und 3D-Druck-Versuche fanden in Kooperation mit Prof. Dr. Dr. Christian Friedrich und Dr. Gopakumar Sivasankarapillai am Freiburger Materialforschungszentrum (FMF) der Albert-Ludwigs-Universität sowie mit Dr. Gilberto Siqueira in der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA) in Dübendorf/Schweiz statt.