IDTechEx Discusses Growing Materials of the Future
Okt 04, 2022
IDTechEx erörtert wachsende Materialien der Zukunft
Aus Bakterien fermentierte Imbissschachteln, aus Algen gepresstes Ketchup, aus Holzzellstoff gewonnene Aerogele zur Reinigung von Ölverschmutzungen - diese scheinbar zukunftsweisenden Technologien werden bereits heute von Start-ups für Biokunststoffe vermarktet. Die Abkehr von der Welt der fossilen Kunststoffe hat bereits begonnen, und die Materialien der Zukunft werden bereits gezüchtet. Angesichts des weltweiten Verbots von Einwegplastik suchen die Unternehmen nach Materialien, die diese Kunststoffe mit minimalen Kompromissen bei Qualität und Leistung ersetzen können. Sie suchen nach einem Material, das sich nicht nur wie ein Kunststoff verhält, sondern vor allem aus einer erneuerbaren Quelle stammt und nach seiner Verwendung nachhaltig abgebaut werden kann. Das hat viele dazu veranlasst, nach Lösungen in der Natur zu suchen, in der Biologie, die bereits Polymere entwickelt hat, die sowohl erneuerbar als auch biologisch abbaubar sind. Heute gibt es viele Start-ups für natürliche Polymere, die sich in der Branche etablieren. Im Folgenden stellt IDTechEx drei vielversprechende natürlich vorkommende Materialien vor.
Zunächst das in der Natur am häufigsten vorkommende Polymer: Zellulose. Cellulose ist das Polymer, aus dem die Fasern aller Pflanzen bestehen und das bereits verwendet wird, von Papier bis zu Textilien. Eine neue Klasse von Cellulose, die so genannte Nanocellulose - winzige Fasern im Mikro- und Nanomaßstab - wurde wegen ihrer außergewöhnlichen Materialeigenschaften erforscht und hat nun mit der Vermarktung begonnen. Diese winzigen Fasern sind so klein, dass sie eine riesige Oberfläche bilden, so dass das Material ein dichtes Netz von Fasern bildet, das eine mit Kevlar vergleichbare Steifigkeit sowie hervorragende Gasbarriereeigenschaften aufweist. Diese Eigenschaften machen Nanocellulose für wichtige Anwendungen wie Verpackungen und Beschichtungen nützlich. Das Material kann auch zur Stabilisierung von Emulsionen in Körperpflege- und Kosmetikprodukten verwendet werden. Die vielleicht aufregendste Anwendung ist die Fähigkeit von Nanocellulose, als Aerogele mit hervorragenden Absorptionseigenschaften zu fungieren, und es wurde vorgeschlagen, dass sie als Superschwämme der Zukunft Ölverschmutzungen beseitigen könnten. Am wichtigsten ist jedoch, dass das Material billig in der Herstellung ist. Bäume gibt es in Hülle und Fülle, und das macht Nanocellulose zu einem geeigneten Ersatz für viele der heutigen Kunststoffe auf fossiler Basis.
Allerdings gibt es bei Nanocellulose einen großen Nachteil: Aufgrund der großen Oberfläche der Fasern verklumpt trockene Nanocellulose gerne und lässt sich so gut wie nicht aufschließen. Daher wird das Material in Wasser dispergiert als Gel oder Paste transportiert, was bedeutet, dass Tonnen von Wasser transportiert werden müssen - ein Alptraum für die Logistikkosten. Um dieses Problem zu lösen, entwickeln einige Hersteller Techniken, um das Material als trockenes Pulver herzustellen, indem sie es beschichten, um ein Verklumpen zu verhindern. IDTechEx erörtert die Anwendungen und Technologien von Nanocellulose und vergleicht die verschiedenen Formen von Nanocellulose in seinem jüngsten Bericht "Biokunststoffe 2023-2033: Technologie, Markt, Akteure und Prognosen".
Eines der am meisten beachteten und entwickelten natürlichen Polymere sind heute die Polyhydroxyalkanoate (PHA). PHA sind eine Familie von Materialien, die von einer Vielzahl von Mikroorganismen durch Fermentation hergestellt werden. Diese Materialien wurden bereits vor über einem Jahrhundert beschrieben, aber erst in den letzten Jahren ist es gelungen, sie in großem Maßstab zu produzieren. Die Eigenschaften des Materials reichen von amorph bis hart und spröde, je nach Kettenlänge des PHA, ob lang oder kurz. Compoundeure können verschiedene PHAs zusammen mit anderen Zusatzstoffen mischen, um ein Spektrum von Materialien zu schaffen, das PHAs eine unglaubliche Vielseitigkeit verleiht. In der Zukunft könnte das Material für unsere Verpackungen, Gebrauchsgegenstände, sogar Sonnenbrillen und 3D-Druckerfilamente fermentiert werden! Es gibt mehrere Projekte, an denen multinationale Unternehmen wie Pepsico, Nestle, Nike und Mars beteiligt sind, die die unzähligen Einsatzmöglichkeiten dieser Materialien erforschen.
Die Herstellung von PHA war vor Jahren noch teuer. Im Jahr 2003 betrugen die Kosten für PHA bis zu 20 US-Dollar pro kg, was auf die chargenweise Produktion und die Notwendigkeit zurückzuführen war, Zellen aufzubrechen, um das Material zu extrahieren und anschließend zu reinigen. Seitdem sind diese Kosten jedoch in einem unglaublichen Tempo gesunken, da die Produktionskapazität wächst. Heute können PHAs weniger als 3 US-Dollar pro kg kosten. Der technische Fortschritt drückt die Kosten weiter nach unten und verbessert die Nachhaltigkeit der Verarbeitungstechniken; dennoch gibt es einige Probleme in der Branche. PHAs sind ein empfindliches Material, sie haben eine niedrige Schmelztemperatur und reagieren empfindlich auf Scherkräfte, worauf die Compoundeure ihre Technologie anpassen müssen. Andere technische Herausforderungen werden von den Herstellern angegangen, um PHAs wettbewerbsfähiger zu machen und die Qualität des Produkts zu verbessern. Das größte Problem für den europäischen Markt besteht jedoch darin, dass PHAs vom EU-Gesetzgeber nicht als natürliches Material eingestuft werden und als solches nicht vom Verbot von Einwegplastik ausgenommen sind, was die Verwendung von biologisch abbaubaren und erneuerbaren Materialien in dieser sehr geeigneten Art von Anwendung verhindert. Insgesamt befindet sich die PHA-Industrie nicht mehr in der Embryonal-, sondern in der frühen Wachstumsphase. IDTechEx berichtet in seinem Bericht über die Industrieaktivitäten und Technologien, die das Wachstum des PHA-Marktes vorantreiben "Biokunststoffe 2023-2033: Technologie, Markt, Akteure und Prognosen".
Seegras als Alternative zu Kunststoffverpackungen gewinnt zunehmend an Bedeutung als Alternative zu Kunststoffen, die aus fossilen Rohstoffen gewonnen werden. Die Verwendung von Meeresalgen als Verpackungsmaterial hat mehrere Vorteile. Erstens ist das Material eine erneuerbare Quelle, die nicht mit den Anbauflächen für Lebensmittel konkurriert und keinen Einsatz von Düngemitteln erfordert. Darüber hinaus sind Algen nicht nur lebensmittelecht, sondern haben auch antioxidative und antimikrobielle Eigenschaften, was sie zu einem guten Kandidaten für Lebensmittelverpackungen macht. Mehrere Proof-of-Concept-Studien haben gezeigt, dass Folien auf Meeresalgenbasis die Haltbarkeit von Lebensmitteln verlängern können, indem sie die Wasserdampfdurchlässigkeit verringern und die mikrobielle Aktivität einschränken. Akteure haben sich mit Markenartiklern wie Heinz und JustEat zusammengetan, um Gewürzbeutel und Papierschachtelbeschichtungen auf Algenbasis herzustellen. Der Markt für Algenmaterial befindet sich jedoch noch in einem sehr frühen Stadium mit wenigen Akteuren und sehr geringen Kapazitäten, was dazu führt, dass die Preise im Vergleich zu etablierten Kunststoffen hoch bleiben. Abhilfe schaffen könnten Geschäftsmodelle wie die Lizenzierung der Produktion von Algenverpackungen mit schlüsselfertigen Lösungen direkt im Restaurant oder Geschäft.
Diese natürlichen Materialien könnten in Zukunft die Kunststoffe auf fossiler Basis in wichtigen Anwendungen wie Verpackungen und Einwegartikeln verdrängen. Obwohl sie noch weit davon entfernt sind, kommerzielle Kapazitäten aufzubauen, könnte ihr Wachstum in den kommenden Jahren rasant sein. Der jüngste Bericht von IDTechEx "Biokunststoffe 2023-2033: Technologie, Markt, Akteure und Prognosen" (Technologie, Markt, Akteure und Prognosen) enthält eine detaillierte Analyse, wie sich diese natürlichen Materialien neben den synthetischen biobasierten Materialien in der Kunststoffwelt durchsetzen. Er zeichnet die enormen Aktivitäten der Branche nach und erörtert die Trends und Herausforderungen im Zusammenhang mit Biokunststoffen und berücksichtigt diese in einer umfassenden 10-Jahres-Prognose. Erfahren Sie mehr über die Aussichten unserer Biokunststoffwelt unter www.IDTechEx.com/Bioplastics.
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