Ziel der Entwicklung
In der aktuellen Zeit sind mehr denn je innovative Materialentwicklungen notwendig, um die zukünftigen Herausforderungen in der Energiewende zu bewältigen. Hierzu zählen die Verringerung des Anteils erdölbasierter Produkte sowie die effiziente Nutzung von Energieressourcen. Mit dem vorliegenden Projekt sollte ein Materialverbund entwickelt werden, mit dem beide Ziele realisiert werden können. Zum einen sollte in diesen Forschungsvorhaben die verringerte Verwendung erdölbasierter Produkte durch die Substitution von thermoplastischen Schäumen (z. B. PS-E, PP-E und PVC-E) erfolgen. Dabei wurden Biopolymere eingesetzt. Zum anderen wurde die Funktionsintegration eines biobasierten, thermischen Speichers (Phasenwechselmaterial - PCM) realisiert. Es sollte ein Leichtbauelement mit hoher thermischer Masse entwickelt werden.
Vorteile und Lösungen
Durch den Ansatz, biobasierte Leichtbauelemente mit hoher thermischer Masse zu entwickeln, können Produkte entstehen, die eine hohe Isolationswirkung, in Kombination mit hoher thermischer Speicherung aufweisen. Aufgrund dessen kann ein großer Beitrag zur Energieeffizienz geleistet werden, wodurch eine Reduktion von Treibhausgasen ermöglicht wird. Zum einen wurde dies durch die Entwicklung eines Mehrschichtaufbaus bestehen aus Bio-Schaum und PCM-Verbundplatten realisiert. Als Basismaterial für den Schaumprozess wurden dabei Polymilchsäure (PLA) und Polybutylensuccinat (PBS) ausgewählt. Zum anderen wurde das PCM-Compundgranulat direkt in den Schäumungsprozess der Bio-Polymere eingearbeitet.
Zielgruppe und Zielmarkt
Es gibt unterschiedliche Anwendungsgebiete, bei denen eine Kombination aus Isolation und Wärme- bzw. Kältespeicherung von großem Vorteil sind. In der europäischen Union stammen 40% der energiebezogenen Emissionen aus dem Gebäudesektor. Diese Emissionen der Wohngebäude entstehen zu einem großen Teil aus dem Stromverbrauch beim Heizen und Kühlen von Wohnräumen. Die Optimierung von thermisch, kontrollierten Baumaterialien kann potenziell zu energieeffizienteren Häusern mit deutlich geringeren CO₂-Emissionen führen.
Beim Einsatz sicherheitsrelevanter, körpernaher Materialien werden oft geschäumte Kunststoffe verwendet. Durch ihre Dämpfungseigenschaften mit einhergehendem geringem Gewicht sind diese ideal für Schutzhelme oder als Aufbauten für Kindersitze geeignet. Die Isolationswirkung mit geringer Wärmeleitfähigkeit sowie die geringe thermische Masse dieser Kunststoffschäume erzeugen jedoch eine Stauwärme, die schlecht abgeführt wird. Ein unangenehmes Schwitzen entsteht, wodurch der Komfort dieser Produkte abnimmt. Die vorliegende Entwicklung kann hierbei Abhilfe schaffen.
