Ziel der Entwicklung

Die Umweltverschmutzung durch Plastikmüll ist ein globales Problem. Die Persistenz der meisten herkömmlichen Kunststoff-Verpackungsmaterialien und der Mangel an Recycling-Infrastruktur auf globaler Ebene verursacht große Umweltschäden, besonders wenn der Plastikabfall in Gewässer gelangt. Neben dem Ausbau und der Verbesserung der Entsorgungssysteme ist es notwendig, den Einsatz von biologisch abbaubaren Verpackungsmaterialien zu erweitern. Um dieses Problem anzugehen, sind Verpackungsmaterialien, die aus natürlichen Makroalgen-Polymeren hergestellt werden, eine vielversprechende Alternative.
Makroalgen sind eine nachwachsende Rohstoffquelle mit großem Potenzial für die Herstellung von alternativen Verpackungsmaterialien. Die halbtrockene Extrusion von minimal verarbeiteter Algenbiomasse in verschiedene Verpackungsprodukte bietet mehrere Vorteile in Bezug auf die Produktionskosten, die effiziente Nutzung von Wasser- und Energieressourcen, eine größere Produktvielfalt und geringere negative Umweltauswirkungen.
Makroalgen haben ein riesiges Anbaupotenzial und stehen nicht in Konkurrenz zu Nahrungspflanzen. Ihr Anbau erfordert kein Land, kein Süßwasser, keinen Dünger und keine Pestizide. Hinzu kommen Emissionen, der Energieverbrauch der Landmaschinen, die Folgen von Monokulturen, die Überdüngung der Felder, die Abholzung des Regenwaldes und die Verwendung von Pflanzen in Lebensmittelqualität als Rohstoff. Sie stehen somit nicht in Konkurrenz zum Nahrungsmittelanbau oder anderen Formen der Landnutzung.
Makroalgen benötigen nur Sonnenlicht, CO₂ und Nährstoffe, um zu wachsen. Beides ist in den Ozeanen reichlich vorhanden. Indem sie wachsen und diese Stoffe aufnehmen, tragen Makroalgen zur Verbesserung der Wasserqualität bei und bieten zusätzlichen Lebensraum für kleine Fische und wirbellose Tiere. Makroalgen (Seetang) haben außerdem eine Vielzahl von Verwendungszwecken, für die sie gezüchtet oder geerntet werden.
Im Vergleich zu den herkömmlichen Polyethylen-Folien wird kein Erdgas / Erdöl / Bioethanol zur Rohstoffgewinnung benötigt. Man kann zwar das Ethylen für PE-Folien auch aus nachwachsenden Rohstoffen herstellen, diese sind jedoch genauso schlecht abbaubar wie solche aus fossilen Rohstoffen, weshalb das Entsorgungsproblem bestehen bleibt. Nicht alle Korrosionsschutzverpackungen werden recycelt oder verbrannt, vor allem nicht weltweit an allen Einsatzorten. Recycling ist nur in wenigen Ländern möglich. Ein Mehrwegsystem ist bei Einsatz der VCI-Folien überall auf der Welt im konkreten Fall gar nicht oder nur unzureichend vorhanden.
Es wurden bereits Testmuster von Folien aus Makroalgen-Material (kurz „MA-Folie“) hergestellt. Derzeit wird erforscht, wie eine konstante Produktqualität bei der Extrusion der MA-Folie erreicht wird. Des Weiteren stellt sich dann natürlich die Frage, für welche Verpackungsanwendungen diese Folien geeignet sind. Hier knüpft dieses Projekt an und stellt die potenzielle Nutzbarmachung der MA-Folien im temporären Korrosionsschutz in den Fokus. Da die Makroalgen aus dem Meer stammen, enthalten auch die MA-Folien eine noch zu bestimmende Menge an Meersalz. Es galt herauszufinden, ob dieser Salzgehalt aufgrund von eventuell korrosionsverstärkenden Effekten die Einsatzmöglichkeiten im Korrosionsschutz einschränkt, und ob durch Vorbehandlung des Rohstoffs der Salzgehalt auf ein unproblematisches Maß reduziert oder anderweitig unschädlich gemacht werden kann oder ob Modifikationen an der MA-Folie durch den Einbau von flüchtigen Korrosionsinhibitoren (VCI) oder durch als Wasserdampfbarriere fungierende Beschichtungen eine Verwendung im zeitweiligen Korrosionsschutz bei Lagerung und Transport möglich machen.
Es stellten sich weiterhin die Fragen: Mit welchen Schutzdauern kann eine biologisch abbaubare Folie als Verpackung und Korrosionsschutz im Gegensatz zu den bisher genutzten schwer abbaubaren LDPE-Folien eingesetzt werden? Können MA-Folien und andere biologisch abbaubare Folien LDPE-Folien im Korrosionsschutz ersetzen, zumindest in Teilbereichen mit geringeren Anforderungen?
Ziel des Projekts war die Erarbeitung einer Technologie zur Qualifizierung/Nutzbarmachung von Makroalgenfolien als Korrosionsschutzfolien. Diese Technologie beinhaltet notwendige Anpassungen und ein Prüfverfahren für MA-Folien, damit sie im temporären Korrosionsschutz als Verpackung eingesetzt werden können.

Dazu waren folgende Lösungsschritte erforderlich:
– Entwicklung eines Verfahrens zur Prüfung der Einsatzfähigkeit von MA-Folien im temporären Korrosionsschutz
– Erarbeitung der Parameter, wie MA-Folien beschaffen sein müssten, um im Korrosionsschutz verwendet werden zu können
– Prüfung der Eignung von MA-Folien eines Fremdleisters als Korrosionsschutzverpackung
– Vergleich der Korrosionsschutzeigenschaften der MA-Folie mit herkömmlicher LDPE-, VCI- und mindestens einer anderen biologisch abbaubaren Folie

Vorteile und Lösungen

Verfahrensentwicklung

Im Rahmen des Projektes wurde ein 3-Schritt-Verfahren entwickelt, das dazu dient, die Qualifikation von MA-Folien und anderen neuartigen, umweltfreundlichen Verpackungsmaterialien im Korrosionsschutz fertig zu entwickeln und zur Einsatzfähigkeit zu bringen.

– Analytische Charakterisierung der MA-Folien auf korrosionsbeeinflussende Effekte. Dafür wurden verschiedene Folien-Analysenmethoden extra an das ungewöhnliche Verhalten des MA-Folienmaterials in Wasser angepasst.
– Bestimmung der Wasserlöslichkeit, Wasserdampfdurchlässigkeit und der Dichtheit der MA-Folie, welche von Relevanz für den erreichbaren Korrosionsschutz als Umverpackung sind
– Es können Korrosionsschutztests auf verschiedenen Metallen mit MA-Folienmustern und kommerziellen kompostierbaren und herkömmlichen VCI-Folien und VCI-Papieren als Vergleichsmuster durchgeführt werden. Es wurden erstmals Nichteisen-Metalle (Kupfer, Aluminium) im KLT-VCI-Test (s. Förderkennzeichen 49MF180069) als Prüfmetalle erfolgreich als Proben präpariert, eingesetzt und ausgewertet. Im Test können sowohl Barriere-Eigenschaften als auch VCI-Korrosionsschutzwirkung von kompostierbaren/biologisch abbaubaren Folien untersucht werden.

Stand der Verwendbarkeit von MA-Folien im temporären Korrosionsschutz

Die Ergebnisse zeigten, dass bei den mechanischen Eigenschaften, der Feuchtigkeitsempfindlichkeit und dem Salzgehalt der MA-Folie noch Verbesserungsbedarf besteht, bevor an einen Einsatz im Korrosionsschutz gedacht werden kann. Die bisher verfügbaren Muster der MA-Folie eigneten sich nicht als Umverpackung im Korrosionsschutz. Als VCI-Spendermaterial lag es beim Korrosionsschutz trotz hohem VCI-Gehalt aufgrund der schlechteren Freisetzung klar hinter VCI-Papieren. An einer Verbesserung der MA-Folien wird weiter geforscht.

Zielgruppe und Zielmarkt

Zielmarkt dieses Projekts sind Anwender von Korrosionsschutzverpackungen für kurze und mittlere Schutzdauern, d. h. Stunden, Tage bis zu sechs Monaten unter moderaten Bedingungen.
Laut einer Marktanalyse wurde geschätzt, dass der globale Markt für flüchtige Korrosionsinhibitoren (VCI) im Jahr 2020 einen Wert von 692,3 Mio. USD hat und bis Ende 2026 859,4 Mio. USD erreichen wird, mit einer durchschnittlichen Jährlichen Wachstumsrate von 3,1% zwischen 2021 und 2026.
Die Anwender von VCI-Folien sind zahlreich, es sind vor allem Firmen, die im Maschinen- und Automobilbau tätig sind und korrosionsanfällige Metallteile transportieren und lagern müssen.
Einen Test für die Wirksamkeit bzw. Schutzwirkung von Makroalgenfolien oder anderen biologisch abbaubaren Folien gab es bisher nicht.
Man hat keine Kosteneinsparung durch Kreislaufwirtschaft bzw. Recycling, weil MA-Folie sich im Wasser abbaut. Die Entsorgung ist jedoch preiswerter, weil einfache Auflösung möglich ist, es ist kein zusätzlicher Energieeintrag erforderlich.

Rentabilität von MA-Folien:
Je nach Herkunft und Art liegt der Preis von Makroalgen in der Größenordnung herkömmlicher Kunststoffe wie PE. Der Rohstoff ist preiswert und liegt bei ca. 1 USD/kg Trockengewicht (Südostasien).
In jedem Fall sind die Grundvoraussetzungen für die Extrusion von Makroalgen sehr vielversprechend und haben ein großes Potenzial, eine technisch und wirtschaftlich tragfähige und umweltfreundliche Alternative zu den heutigen Kunststoffen zu bieten.
Da noch kein funktionierendes VCI-MA-Folienmuster bislang verfügbar ist und erst entwickelt werden muss, kann eine Vermarktung von MA-Folien im Korrosionsschutz noch nicht stattfinden. Das Qualifizierungsverfahren ist jedoch verfügbar und kann in Teilen auch für andere kompostierfähige VCI-Materialien genutzt werden. Die im Projekt entwickelte Erweiterung des KLT-VCI-Tests um die Prüfung von NE-Metallen (Kupfer, Aluminium) wird auch bei dessen Verwertung eine Rolle spielen. Sollten geeignete MA-Folien produziert werden können, kann die Verwertung angegangen werden.
Das durch dieses Projekt erworbene Know-How kommt dem IKS bei Beratungs- und Prüfaufträgen rund um den VCI-Korrosionsschutz zugute und festigt die Position des IKS als Anlauf- und Prüfstelle bei diesem Thema.

Effekte in Transferunternehmen
Diese sind erst möglich, wenn entsprechend geeignete MA-Folienmuster entwickelt wurden, was bislang noch nicht der Fall ist.
Es wird erwartet, dass die im Projekt erhaltenen Ergebnisse auch teilweise bei Verpackungen aus MA-Folie, die nicht dem Korrosionsschutz dienen, verwertet werden können.