Die DITF (Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf) präsentieren gemeinsam mit der Fiber Engineering GmbH ein Verfahren zur Herstellung von biologisch abbaubaren Pflanztöpfen. Diese Produkte sind sowohl kosteneffektiv als auch wettbewerbsfähig. Zudem trägt die Produktion zur Bekämpfung der invasiven Wasserhyazinthe bei, deren Biomasse als Rohmaterial für die Pflanztöpfe verwendet wird.
Die Wasserhyazinthe: Eine Bedrohung für Ökosysteme
Die Wasserhyazinthe ist eine schnell wachsende Pflanze, die in zahlreichen Ländern als Bedrohung für bestehende Ökosysteme wahrgenommen wird. Besonders stark betroffen ist der afrikanische Viktoriasee, wo die großflächige Ausbreitung der Wasserhyazinthe zu gravierenden Problemen führt. Dazu zählen Fischsterben durch Sauerstoffmangel, die Entstehung von klimaschädlichem Methangas bei der Zersetzung sowie Behinderungen für den Schiffsverkehr und die Energieerzeugung. Als invasive Art breitet sich die Wasserhyazinthe durch menschliche Einflüsse global in verschiedenen Ökosystemen aus und gefährdet dadurch die Lebensqualität der Menschen.
Es gibt bereits verschiedene Ansätze, um die Ausbreitung der Wasserhyazinthe zu stoppen. Dabei wird vor allem darauf geachtet, die Pflanzenteppiche aus den Gewässern zu entfernen und die entstandene Biomasse zu nutzen. Genau hier setzt das Forschungsprojekt an, an dem die DITF beteiligt sind. Ziel ist es, aus dem faserigen Pflanzenmaterial einen neuen, kostengünstigen Verbundwerkstoff zu entwickeln. So entstand ein Prototyp eines Pflanztopfs, der wettbewerbsfähig ist und alle technischen Anforderungen des Projekts erfüllt.
Anforderungen für den Pflanztopf
Zu Beginn des Projekts legten die Projektpartner die Anforderungen fest, die der Pflanztopf erfüllen sollte. Dazu zählen eine gute Formstabilität, die auch bei der Befüllung mit nasser Pflanzerde gewährleistet sein muss. Außerdem ist es wichtig, dass physiologisch unbedenkliche Materialien verwendet werden, da der Pflanztopf in Kontakt mit Nahrungspflanzen kommt. Eine kostengünstige und wettbewerbsfähige Herstellungsmethode ist ebenfalls notwendig. Der wichtigste Aspekt bleibt jedoch die vollständige biologische Abbaubarkeit und die uneingeschränkte Kompostierbarkeit des Pflanztopfs.
Das Biomaterial für die Pflanztöpfe stammt aus Louisiana und wird dort von der Firma In-Between International unter dem Namen CYNTHIA® als aufbereitetes Fasermaterial angeboten. An den DITF wurde dieses Rohmaterial gründlich hinsichtlich seiner Zusammensetzung und Eignung für die Verarbeitung untersucht und angepasst. Es besteht hauptsächlich aus Zellulose und muss vor der weiteren Verarbeitung gesiebt und mit einem Hydrophobierungsmittel behandelt werden. Diese Behandlung ist notwendig, um den Pflanztöpfen eine gewisse Feuchtigkeitsbeständigkeit zu verleihen.
Das vorbereitete Rohmaterial muss nun mit einem Binder kombiniert werden, der die Pflanzenfasern verklebt und die Formstabilität des Pflanztopfs gewährleistet. In Laborversuchen wurden geeignete Bindemittel gefunden, die eine gute Verarbeitbarkeit und stabile Ergebnisse beim Faserverbund ermöglichen. Die Entscheidung fiel auf einen Thermoplasten, der sich in einer Heißpresse leicht verarbeiten lässt und gleichzeitig alle Anforderungen an die biologische Abbaubarkeit erfüllt.
Weitere Labortests bestimmten das optimale Verhältnis von Binder zu Faserrohstoff. Tests in einer industriellen Kompostierungsanlage zeigten, dass die vollständige biologische Abbaubarkeit gegeben ist und die Pflanztöpfe in einem angemessenen Zeitraum, nämlich innerhalb von 4 bis 6 Wochen, abgebaut werden.
Prototypenentwicklung mit Heißpresse
Die Forscherinnen und Forscher stellten Prüfmuster für alle Voruntersuchungen an einer Heißpresse in Form von Faserverbundplatten her. Anschließend war es an der Zeit, aus dem vorbehandelten Fasermaterial und dem passenden Bindemittel erste Prototypen von Pflanztöpfen zu entwickeln. Dieser Teil wurde von der Fiber Engineering GmbH aus Karlsruhe übernommen, die über umfangreiches Know-how in der Fasereinblastechnik (Fiber-Injection-Molding, FIM) verfügt. Diese Technik ermöglicht die schnelle und einfache Herstellung von dreidimensionalen Formteilen aus Fasern. Die Fiber Engineering GmbH optimierte ihr bestehendes Verfahren für die Verarbeitung des Wasserhyazinthe-Fasermaterials und stellte eine Reihe von Pflanztöpfen her, was den letzten Schritt des Projektziels realisierte.
Eine Kostenrechnung, die alle verwendeten Materialien und Verfahren berücksichtigt, zeigte, dass sich die Pflanztöpfe für weniger als fünf Cent pro Stück kostengünstig und marktfähig herstellen lassen. Gärtnereien werden im täglichen Gebrauch die praktischen Vorteile der Töpfe, wie ihre Festigkeit und Feuchtigkeitsresistenz trotz der vollständigen Zersetzung des Materials, zu schätzen wissen. Zudem unterstützt das verwendete Material die Lösung eines globalen Umweltproblems, was ein weiterer Pluspunkt für die Vermarktung des Produkts ist.
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