Forschung und Entwicklung

Wird Hanf der erste umweltfreundliche Verbundwerkstoff?

Widerstandsfähig und intelligent: Kärntner Forscher wollen Hanf als Verbundwerkstoff etablieren. Wie schlaue Sensoren dafür sorgen, dass Leichtbauteile künftig mit ihren Anwendern kommunizieren können.

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In einem Kärntner Forschungsprojekt wird Hanf als Basis für einen Verbundwerkstoff verwendet – und zwar für die Rotorblätter einer Windkraftanlage.

Ein Kärntner Forscherteam setzt auf nachhaltigen Leichtbau: Das Kompetenzzentrum Holz, Carinthian Tech Research und die Fachhochschule Kärnten arbeiten an naturfaserverstärkten Kunststoffen, die mit Sensorik und cleverer Datenauswertung kombiniert werden. Damit wäre das Recyclingthema von Leichtbaustoffen kein Problem mehr. Denn keiner weiß, was man mit Carbon (CFK) sowie Glasfaserkunststoffen (GFK) im End-Of-Life anstellen soll, speziell im größten Einsatzbereich bei Rotorblättern von Windenergieanlagen. Diese müssen in der Regel alle 20 Jahre getauscht werden. Ein wachsendes Problem nicht nur in Österreich. So schrieb „Der Spiegel“, dass ab 2040 allein in Deutschland etwa 30.000 Tonnen Rotorblätter jährlich entsorgt werden müssen. Viele Forscher suchen nach Auswegen. In Kärnten könnte man einen gefunden haben und zwar auf Basis von Hanf. 

Herfried, Lammer © W3C KK

„Wir sehen unser Forschungsprojekt als Grundlagenforschung. Jetzt wollen wir den nächsten Schritt machen – von der strategischen Forschung in die Praxis.“ Herfried Lammer, Leiter des Projekts

Warum Hanf?

Konkret wurde in Kärnten daran getüftelt, Hanf als Basis eines Verbundwerkstoffes für den Einsatz in einem Windkraftwerk zu verwenden – und zwar für die Rotorblätter. Gefördert wird das nachhaltige Leichtbauprojekt vom Kärntner Wirtschaftsförderungsfonds mittels EFRE-Mitteln (EU-Fonds für regionale Entwicklung). Projektleiter Herfried Lammer erzählt vom Prototyp: „Die Flügel sind etwa zwei Meter lang und bestehen zu 70 Prozent aus Hanf.“ Als Rohstoffbasis verwende man Nutzhanf: Das Öl der Hanfsamen wird in biobasiertes Epoxidharz umgewandelt sowie aus den Hanffasern ein Garn gesponnen und ein Gewebe zur Verstärkung hergestellt. Beides zusammen ergibt einen Hochleistungsverbundwerkstoff, der unter anderem die Anforderungen für Windkraftwerke erfüllt. Doch warum gerade Hanf? „Es ist ideal für den Leichtbau geeignet: Hanf ist leicht und hat die idealen Eigenschaften – von der Steifigkeit bis zum Schallschutz und der Akustik.“ Dazu komme der nachhaltige Aspekt: Die Pflanze ist robust, kann jährlich abgeerntet werden und kann mehrfach verwendet werden. Das Hanföl ist sehr gesund, die Blüten bieten Grundlage für pharmazeutische Produkte und die Fasern eben für Leichtbauanwendungen. Und auch das Recycling ist kein Problem. Rundum nachhaltig also. 

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Sensoren machen Hanf schlau

„Aber ‚grün‘ alleine reicht aber nicht, um erfolgreich am Markt bestehen zu können. Man braucht immer einen Mehrwert. Und das sehen wir als unsere Herausforderung: Wir sind Materialforscher, unser Ziel ist es, Material intelligent zu machen“, sagt der Projektleiter. Deshalb hat man den Hanf-Bauteilen ein weiteres Gadget mit auf den Weg gegeben: Sensoren. Und zwar nicht irgendwelche, sondern Sensoren aus Papier. „Wir haben nach einem Weg gesucht, wie wir die Sensoren bestmöglich mit dem Hanf verbinden können. Indem wir die Sensoren jetzt auf Papier drucken, können wir sie in die Bauteile einbauen, ohne eine künstliche Fehlstelle bei der Imprägnierung vorzusehen. Und so sind die Sensoren im Inneren bestens geschützt.“ Durch den Einsatz der Sensoren wird der Leichtbauteil zum smarten Produkt: Sie melden beispielsweise Informationen über  Nässe oder andere Belastungen im Werkstoff. 

Nutzhanf © motto/Fotolia

Viele Anwendungsgebiete: Nicht nur Rotorblätter für Windkraftanlagen, auch die Sportartikelindustrie käme als Partner in Frage – für Produkte für Surfboards oder Ski.

Holz als Vorbild gegen Schimmel

Apropos Nässe: Um die Naturfasern vor Schimmelbefall oder Fäulnis zu schützen, wird das Material nicht nur imprägniert, sondern es wird auch speziell geformt. Als Vorbild dient dafür Holz: Die kleinen Wasseradern, mit denen Holz durchzogen ist, wird in den Hanffasern nachgebildet. Das führe nicht nur das Wasser ab, sondern wirke sich auch positiv auf die Bruchenergie des Materials aus. Letzteres ist wichtig, damit das Material nicht zu stark splittert.

Interessierte Unternehmen gesucht

Der Windkraftflügel soll erst der Anfang gewesen sein. Die Möglichkeiten für den Einsatz von hanffaserverstärkten Verbundwerkstoffen seien groß, meint Herfried Lammer: „Ein interessanter Bereich ist natürlich die Automotive Industrie. Schon heute wird gerade in teureren Autos viel mit Naturfasern gearbeitet. Das liegt vor allem an der besseren Akustik und an anderen positiven Eigenschaften wie dem geringen Splittern.“ Auch die Sportartikelindustrie käme als Partner in Frage – für Produkte für Surfboards oder Ski.

Einsatzmöglichkeiten grenzenlos

Aber im Grunde seien die Einsatzmöglichkeiten grenzenlos. Was noch alles mit Hanf-Leichtbauteilen möglich wäre, will das Forschungs-Trio in weiteren Projekten ermitteln. Dafür werden aktuell Partner aus der Wirtschaft gesucht. „Wir sehen unser Forschungsprojekt als Grundlagenforschung. Jetzt wollen wir den nächsten Schritt machen – von der strategischen Forschung in die Praxis“, so Lammer. Sein Vorschlag an Unternehmer lautet deshalb: „Wenn man einen Bauteil entwickelt, warum dann nicht nachhaltig? Es spricht alles dafür, künftig auf innovative Naturfasern zu setzen.“

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