Nachhaltige Kunststoffe, die sich selbst heilen, intelligente Eigenschaften aufweisen und bei Bedarf recycelt werden können, werden künftig an der Friedrich-Schiller-Universität Jena erforscht. Ein entsprechendes Projekt koordiniert durch den Chemiker und Materialwissenschaftler Prof. Dr. Ulrich S. Schubert wird dazu mit zwei Millionen Euro von der Carl-Zeiss-Stiftung gefördert.

Reparieren wir in Zukunft Kratzer mit dem Haartrockner?

„Stellen Sie sich zerkratzte Oberflächen von Wohnungsmöbeln vor, zum Beispiel in der Küche”, beschreibt Schubert ein mögliches Einsatzgebiet dieser intelligenten Kunststoffe. „Sie erwärmen die entsprechende Oberfläche einfach – etwa mit einem Haartrockner – und sie sieht nicht nur wieder aus wie neu, sondern sie ist neu.“ Die sogenannten Vitrimere sollen Gebrauchsgegenstände nicht nur langlebiger machen, sodass sie seltener ersetzt werden müssen – und damit einen Beitrag zum Umweltschutz leisten. Sie können auch leichter wiederverwertet werden. „Besonders Verbundwerkstoffe lassen sich kaum recyceln, denn die hier eingesetzten Materialien lassen sich so gut wie nicht mehr voneinander trennen“, erklärt Schubert. Deutlich wird dieses Problem, wenn Windkraftanlagen erneuert werden müssen. „Hier fallen große Mengen an Abfall an, allein schon über die Rotorblätter. Bis auf wenige Ausnahmen gibt es hier bisher keine geeignete Strategie, diese Ressourcen weiter zu nutzen.“

Kunststoff kann nachhaltig sein

Mit intelligenten Werkstoffen wie den Vitrimeren ließe sich das ändern. „Diese Materialien sind schaltbar“, sagt Schubert. „Das heißt, ihre Verarbeitbarkeit kann gesteuert werden.“ So lassen sich theoretisch Verbundwerkstoffe herstellen, die bei Bedarf wieder getrennt und weiter genutzt werden können. Genau das will das durch Schubert koordinierte Team in den kommenden fünf Jahren erforschen. „Besonders interessieren uns faserverstärkte Werkstoffe“, so Schubert weiter. „Hier wollen wir vor allem Glas- und Kohlenstofffasern in die neuen Kunststoffe einbetten, die u. a. für den Leichtbau und die Einsparung von CO2-Emissionen eingesetzt werden können. Uns interessieren aber auch Nanokomposite, in denen Nanofüllstoffe das Material verstärken.“

„Bei innovativen Materialien liegt Jena klar im Spitzenfeld“

Dass diese nachhaltigen Kunststoffe letztendlich in unseren Alltag Einzug halten werden und eines Tages in Flugzeugen, auf Oberflächen oder etwa in Tennisschlägern eingesetzt werden, davon ist Schubert überzeugt. „Vitrimere sind noch eine sehr junge Klasse von Kunststoffen. Konkrete Anwendungen sind bisher noch nicht vorhanden. Unser Ziel ist es aber, mit dieser Forschung eine neue Generation von nachhaltigen Materialien zu ermöglichen.“

Die Aussichten dafür sind gut. „Bei der Erforschung innovativer Materialien liegt Jena ganz klar im Spitzenfeld der deutschen Universitäten“, sagt Schubert. Das zeige sich nicht zuletzt durch die im Neubau befindlichen Gebäude des Center for Energy and Environmental Chemistry Jena II (CEEC Jena II) und dem angeschlossenen Anwendungszentrum CEEC Jena, in die derzeit insgesamt 50 Millionen Euro investiert werden und die den Standort Jena weiter auf diesem Gebiet stärken.

Dr. Stefan Zechel von der Universität Jena untersucht das Formgedächtnisverhalten von Kunststoffen. Dabei wird gezeigt, wie ein Kunststoff in einer deformierten Form (links) in seine ursprüngliche Form (rechts) zurückkehrt. Das Wissenschafter-Team forscht an nachhaltigen Kunststoffen, die sich selbst heilen, intelligente Eigenschaften aufweisen und bei Bedarf recycelt werden können. Foto: Jens Meyer/Universität Jena

Dr. Stefan Zechel von der Universität Jena untersucht das Formgedächtnisverhalten von Kunststoffen. Dabei wird gezeigt, wie ein Kunststoff in einer deformierten Form (links) in seine ursprüngliche Form (rechts) zurückkehrt. Das Wissenschafter-Team forscht an nachhaltigen Kunststoffen, die sich selbst heilen, intelligente Eigenschaften aufweisen und bei Bedarf recycelt werden können. Foto: Jens Meyer/Universität Jena

Mit seinem Vorhaben hat der Jenaer Wissenschaftler und die Forschungsgruppe auch die Carl-Zeiss-Stiftung überzeugt. Über einen Zeitraum von fünf Jahren wurde nun für das ambitionierte Projekt die hohe Fördersumme von zwei Millionen Euro bewilligt. „So einen Betrag erhält man normalerweise nur für ein großes koordiniertes Projekt der Deutschen Forschungsgemeinschaft“, erklärt Schubert. Etwa acht Doktorandinnen und Doktoranden sollen in den kommenden Jahren diese neue Materialklasse von der Synthese, der Verarbeitung, ihren zugrundeliegenden Mechanismen bis hin zu ihren Umwelteinflüssen untersuchen. Weiterhin wird eine Nachwuchsgruppe etabliert.

Über die Carl-Zeiss-Stiftung

Die Carl-Zeiss-Stiftung hat sich zum Ziel gesetzt, Freiräume für wissenschaftliche Durchbrüche zu schaffen. Als Partner exzellenter Wissenschaft unterstützt sie sowohl Grundlagenforschung als auch anwendungsorientierte Forschung und Lehre in den MINT-Fachbereichen (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik). 1889 von dem Physiker und Mathematiker Ernst Abbe gegründet, ist die Carl-Zeiss-Stiftung eine der ältesten und größten privaten wissenschaftsfördernden Stiftungen in Deutschland. Sie ist alleinige Eigentümerin der Carl Zeiss AG und SCHOTT AG. Ihre Projekte werden aus den Dividendenausschüttungen der beiden Stiftungsunternehmen finanziert.

Über die Friedrich-Schiller-Universität Jena
Die Friedrich-Schiller-Universität Jena ist eine traditionsreiche und forschungsstarke Universität im Zentrum Deutschlands. Als Volluniversität verfügt sie über ein breites Fächerspektrum. Ihre Spitzenforschung bündelt sie in den Profillinien Light – Life – Liberty. Sie ist eng vernetzt mit außeruniversitären Forschungseinrichtungen, forschenden Unternehmen und namhaften Kultureinrichtungen. Mit rund 18.000 Studierenden und mehr als 8.600 Beschäftigten prägt die Universität maßgeblich den Charakter Jenas als weltoffene und zukunftsorientierte Stadt.

Info, FSU JENA // Uta Schönfelder

Foto: Jens Meyer/Universität Jena

08.09.2020