Schaumstoffe bieten vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise im Automobil-, Haushalts- und Maschinenbau sowie in der Freizeit- und Sportbranche. Bisher werden sie üblicherweise aus Erdöl hergestellt, was sich negativ auf ihren ökologischen Fußabdruck auswirkt. Im EU-Projekt BreadCell entwickelte ein internationales Konsortium zellulosebasierte Schäume, die in einem dem Brotbacken ähnlichen Prozess hergestellt werden. Die Schäume sind vollständig biologisch abbaubar und recycelbar. Zwei Institute der TU Graz – das Institut für Bioprodukte und Papiertechnik und das Institut für Fahrzeugsicherheit – waren maßgeblich an der Technologieentwicklung beteiligt.
„Es ist wichtig, Nachhaltigkeitsbemühungen in möglichst vielen Bereichen umzusetzen“, sagt Stefan Spirk vom Institut für Bioprodukte und Papiertechnik der TU Graz. „Zellulose ist pflanzlich und in großen Mengen verfügbar. Ziel ist es, erdölbasierte Produkte durch solche aus Zellulosematerialien zu ersetzen, und die im Projekt BreadCell entwickelten Schäume bieten hierfür ein breites Anwendungsspektrum.“ Als besonders geeignete Anwendungsgebiete für die umweltfreundlichen Schäume identifizierten die Forschenden unter anderem den Automobilsektor zur Bewältigung von Crash-Energie, den Bausektor als Dämmmaterial und die Sportindustrie zur Herstellung von Sportgeräten und Schuhsohlen. Auch in puncto Feuchtigkeitsmanagement und Akustik bietet das Material potenzielle Vorteile.
Ein zentraler Aspekt des Projekts war die Ermittlung von Zusammenhängen zwischen der Schaumfestigkeit und dem Faserdesign mithilfe fortschrittlicher Simulationsmodelle. Um die für diese Simulationen benötigten Materialeingangsdaten zu erhalten, wurde das Material umfassend charakterisiert. Dies umfasste Tests unter unterschiedlichsten Belastungen. Dafür wurde ein spezieller Prüfstand der TU Graz genutzt, der das Verhalten von Materialien unter dynamischen und schnellen Belastungen charakterisiert. Basierend auf den Daten und den entwickelten Modellen wurden Schäume mit unterschiedlichen Dichten und mechanischen Eigenschaften hergestellt und in verschiedenen Demonstratoren eingesetzt.
Die Forscher haben beispielsweise ein Skateboard, ein Bodyboard, einen Fahrradhelm und Schuheinlagen hergestellt und getestet. „Bei der Entwicklung des Schaums zeigte sich zudem eine interessante Eigenschaft: Es war eine Herausforderung, die Dichte über die gesamte Schaumdicke hinweg vollkommen homogen zu halten“, erklärt Florian Feist vom Institut für Fahrzeugsicherheit der TU Graz. „Diese Inhomogenität erwies sich jedoch bei einer speziellen Anwendung als vorteilhaft: Fahrradhelmen. Eine weichere Mittelschicht ermöglicht eine Art Scherung zwischen der äußeren und inneren Helmschicht. Dies reduziert die Rotationsbelastung des Gehirns bei einem Aufprall, ähnlich dem Prinzip moderner Sicherheitssysteme wie dem MIPS-System.“
Neben der Chalmers University (Projektkoordinator) und der TU Graz waren drei weitere Institutionen an BreadCell beteiligt: ??Die Universität Wien arbeitete an Sandwichkonstruktionen für Leichtbauteile, Tecnalia in Spanien prüfte die Machbarkeit der industriellen Umsetzung und BioNanoNet (BNN) in Graz bewertete die biologische Abbaubarkeit und die Lebenszyklusleistung. Aus dem Projekt ging außerdem das Spin-off-Unternehmen FOAMO hervor, das auf Basis der entwickelten Schäume leichte und dämpfende Einlegesohlen herstellt.
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