Algaetex

Aus Algen gewonnene Biopolymere für die Verwendung in Textilien.

Motivation

Algen haben ein immenses Potenzial als Bio-Rohstoff, um Erdöl für künstliche Textilien zu ersetzen: Sie wachsen schnell und können Kohlendioxid effizienter aufnehmen als andere Bio-Rohstoffe, die auf Landpflanzen basieren. Außerdem verbraucht sein Anbau weniger/unbebaubare Flächen und vermeidet Pestizide. Die Verwendung von Algen als erneuerbare Ressource für die Herstellung von Biopolymeren und Textilien umgeht die Herausforderungen des Wettbewerbs mit niedrigen Kraftstoffpreisen, indem sie höherwertige Anwendungen schafft. In this way, the German textile industry can act as a catalyst to shift away from fossil-fuels – towards a bioeconomy where algae are a major source of biomass.

Ziel

Ziel des Projekts AlgaeTex ist es, die technische Machbarkeit der Herstellung thermoplastischer Biopolymere aus Algen für textile Anwendungen zu demonstrieren. Innerhalb der Projektlaufzeit werden verschiedene Polymersynthesewege erforscht, die einen möglichst hohen Anteil an algenbasierten Rohstoffen nutzen. Diese neuartigen Biopolymere werden schmelzgesponnen und zu hochwertigen Textilien verarbeitet, die für die Sportartikelindustrie von Bedeutung sind, wie in etwa für gestrickte Schuhoberflächen oder T-Shirts. Ziel ist es, ein Technical Readiness Level (TRL) von 2 bis 4 zu erreichen (Proof-of-Concept im Labormaßstab), wobei die Algenkultivierung und -extraktion in einem relevanten/operativen Umfeld (TRL 4-5) demonstriert werden soll.

ALGAETEX VISUALISIERT

FORSCHUNGSANSATZ

Beginnend mit der Algenkultivierung werden die Biomasseproduktivität und der Lipidgehalt eines bestimmten Stammes durch verschiedene Wachstumsmethoden und -parameter optimiert.
Das resultierende Algenfettsäuregemisch wird extrahiert und zur Synthese eines Biopolymers verwendet, dessen Zieleigenschaften denen von Polyamiden oder Polyestern ähneln, die in der Textilindustrie verwendet werden. Die Biopolymer(e) werden durch typische nachgelagerte Verarbeitungsprozesse bewertet: Garnspinnen, Texturieren, Stricken, usw.

Sobald die resultierenden Garne und Textilien bestimmte mechanische Eigenschaften und Anforderungen erfüllen, werden Produktdemonstratoren hergestellt und getestet. Lebenszyklusbewertungen und technisch-wirtschaftliche Analysen werden für die gesamte Wertschöpfungskette der Verarbeitung durchgeführt. Zusätzlich zu den Primärdaten, die auf der Grundlage der im Labormaßstab verwendeten Geräte und Prozesse gesammelt werden, werden verschiedene Szenarien für die Skalierung in Betracht gezogen.

Schlussendlich zielt das Projekt darauf ab, mögliche Kommerzialisierungsmöglichkeiten zu evaluieren, sobald das technische Konzept und der ökologische Nutzen nachgewiesen sind.

Resultate

Aus Algen gewonnene freie Fettsäuren wurden erfolgreich in hochwertiges Polyamid in Textilqualität umgewandelt, dessen Molekulargewicht mit dem kommerziellen biobasierten Polyamid 6.9 vergleichbar ist (Abb. 1).
Die auf Algen basierenden Polyamid 6.9 Garne erfüllen die adidas Standards für mechanische Eigenschaften.
Ein Schuhdemonstrator aus algenbasiertem Polyamid wurde hergestellt und getestet (Abb. 3).
Die Fettsäureakkumulation in der Algenkultivierung wurde durch einen dreistufigen Photobioreaktorprozess verbessert.
Mehrere Algenöl-Extraktionsmethoden wurden untersucht, aber keine erreichte eine ausreichende Reinheit für die Polyamid 6.9-Produktion der Uni Bayreuth.
Ein modulares Stack-Photobioreaktorsystem wurde entworfen und prototypisch umgesetzt, um die Kosten zu senken, die Produktivität zu erhöhen und skalierbare Installationen zu ermöglichen (Abb. 4).
Erste thermomechanische Recyclingversuche zeigten ein stabiles Polymermolekulargewicht über fünf Zyklen (Abb. 2).
Die Ökobilanz im Labormaßstab (LCA) und die technisch-wirtschaftliche Bewertung (TEE) ergaben Schlüsselbereiche für Effizienz- und Ertragsverbesserungen bei künftigen Versuchen zur Maßstabsvergrößerung.

Dokumente

Figur 1

Figur 2

Figur 3 – Demonstrator

Figur 4

Projektpartner

GET IN TOUCH

Dr. Jonathan Meakin Projektleitung jonathan.philip.meakin@adidas.com

M. Sc. Henning Löcken Stellvertretende Projektleitung henning.loecken@ita.rwth-aachen.de

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