Untersuchungen zur mikrobiellen Besiedlung und Abbauverhalten von Faserverbundwerkstoffen als Grundlage biotechnologischer Recyclingverfahren sowie eines effektiven Materialschutzes

Bakterieller Biofilm auf Rissen in der Polymermatrix eines Faservebundwerkstoffs nach Dauerbelastung

Biofilm auf Verbundwerkstoff


Ansprechpartner: Dr. Andreas Rabenstein

Im Rahmen des Projekts konnte gezeigt werden, dass die Einbringung der untersuchten Faserverbundwerkstoff-Materialien in biologische Recyclingverfahren, die auf einer mikrobiellen Umsetzung oder, im günstigsten Falle, einer Mineralisierung der in den Materialien enthaltenen Kohlenstoffverbindungen nicht sinnvoll erscheint. Die festgestellten Umsetzungsraten sind bei weitem zu niedrig, um einen Abbau von Faserverbundwerkstoff-Polymeren in einer ökonomisch vertretbaren Zeit zu erreichen. Außerdem sind nicht oder schwer abbaubare Rückstände zu erwarten, die einem ökologisch unbedenklichen Einsatz dieser Kunststoff-Abbauprodukte z.B. in Kompost entgegenstehen könnten.

Dennoch stellte sich deutlich heraus, dass bestimmte Polymerharze der Faserverbundwerkstoff-Matrix, vor allem ein Polyesterharz, im Vergleich mit den übrigen untersuchten Materialien höhere Anteile mikrobiell umsetzbarer Bestandteile besaßen. Handlungsbedarf wurde durch Untersuchungen zum mikrobiellen Angriff auf Faserverbund-Materialien unter mechanischer Dauerbelastung aufgezeigt. So zeigte ein Glasfaser-Werkstoff mit Polyester-Matrix nach mehrwöchiger mechanischer Beanspruchung in einer mikrobiell kontaminierten Umgebung Risse in der Polymermatrix, die mit einem dichten bakteriellen Biofilm überzogen waren. Ob diese Organismen eine Materialschädigung fördern, konnte aufgrund des begrenzten Zeitrahmens bisher nicht geklärt werden. Bedeutung hätte eine Klärung dieser Frage vor allem für Faserverbundmaterialien mit einer Polyestermatrix, die in stark mechanisch belasteten Bauteilen wie den Flügeln von Windkraftanlagen Verwendung finden.

Sollte sich die biologische Abbaubarkeit in den Anforderungen der Industrie an Faserverbundwerkstoffe zu einer gewünschten Eigenschaft entwickeln, ist es notwendig das Augenmerk auf Materialien zu lenken, die diese Eigenschaft besitzen. So böten sich als Faserkomponente Pflanzenfasern an, von denen die Hanffasern bereits bei der Innenraumverkleidung von Automobilen zum Einsatz kommen.

Auf der anderen Seite wirft eine verbesserte biologische Abbaubarkeit von Materialien jedoch unweigerlich Probleme hinsichtlich ihrer Beständigkeit gegen eine vorzeitige mikrobiell bedingte Schädigung oder Zerstörung auf. Wie während der Untersuchungen zum nun abgeschlossenen Forschungsvorhaben gezeigt werden konnte, führt gerade die Beständigkeit der Faserverbundwerkstoffe gegen einen mikrobiellen Angriff dazu, daß eine biozide Beaufschlagung der Materialien nicht notwendig zu sein scheint.

Das hier beschriebene Forschungsvorhaben (F 4001) wurde durch das Land Bremen, vertreten durch den Senator für Frauen, Gesundheit, Jugend, Soziales und Umweltschutz, 1998-2001 gefördert.