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LKW-Reifen müssen äußerst hohen Belastungen standhalten. Naturkautschuk, der mit Ruß oder Silikat gefüllt wurde, macht dies möglich. Die aus dem Saft des tropischen Kautschukbaums gewonnenen Elastomere machen die Reifen elastisch und sorgen wie kein anderes Material auch unter extremen Belastungen für ein zuverlässiges Einsatzverhalten. Der Bedarf der Gummiindustrie an Naturkautschuk steigt stetig, insbesondere in der Automobilbranche. Über 90 Prozent des Naturkautschuks kommt heute aus Asien. Hier werden Kautschukbäume in Monokulturen angebaut, doch Anbauflächen sind nur endlich verfügbar. Hinzu kommt, dass in Brasilien, dem Ursprungsland des Kautschuks, sämtliche Versuche zum Kultivieren der Bäume scheiterten – der Pilz Microcyclus ulei vernichtete ganze Plantagen. Greift der Pilz auch auf den asiatischen Raum über, ist die Weltproduktion für Gummi bedroht. Um unabhängiger von der jährlichen Erntesituation in den Anbaugebieten zu werden, suchen Forscher und Gummiproduzenten nach alternativen Rohstoffen.

Dem Gummi-Geheimnis auf die Spur kommen

Vier Fraunhofer-Institute wollen dem Geheimnis des Naturkautschuks auf die Spur kommen. Ihr Ziel ist es, synthetischen Kautschuk so zu optimieren, dass dieser so leistungsfähig wird wie Naturkautschuk. „Die Ursache für die speziellen Materialeigenschaften des Naturkautschuks könnte in seiner Zusammensetzung liegen. Neben extrem mikrostrukturreinem Polyisopren enthält er Proteine und Lipide. Diese stammen aus seiner Biosynthese und treten wahrscheinlich mit dem Polyisopren in Wechselwirkung“, erklärt Projektleiter Dr. Ulrich Wendler vom Fraunhofer-Pilotanlagenzentrum für Polymersynthese und -verarbeitung PAZ in Schkopau, einer gemeinsamen Initiative der Fraunhofer-Institute für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam-Golm und für Werkstoffmechanik IWM in Halle. „Wir wollen vom Kautschuk des Russischen Löwenzahns lernen. Materialseitig ist er ebenso leistungsfähig wie der des Kautschukbaumes. Auf diesem Weg wollen wir neue Arten synthetischen Kautschuks entwickeln“, so Wendler.

Die Natur nachbauen
Die Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME am Standort Münster erforschen bereits seit mehreren Jahren die Grundlagen zur Biosynthese von Naturkautschuk und assoziierter Lipide im Russischen Löwenzahn. Sie sind nun in der Lage, die involvierten Schlüsselproteine gezielt auszuschalten. Der so veränderte Löwenzahnkautschuk soll am Fraunhofer IWM in Halle und Freiburg thermisch, mechanisch und vor allem auch auf seine Abriebfestigkeit hin untersucht werden. Somit können die Wissenschaftler ermitteln, welche Proteine oder Lipide auf die Materialeigenschaften Einfluss haben. Geeignete Biomoleküle können dann in Verbindung mit synthetischem Kautschuk am Fraunhofer IAP, das auf chemische Synthesen im Labor- und Technikumsmaßstab spezialisiert ist, hergestellt und durch das Fraunhofer IWM erneut geprüft werden. Um optimale Alternativen für Naturkautschuk in der Automobilindustrie zu finden, soll schließlich auch der Zusatz neuartiger Silicafüllstoffe des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung ISC in Würzburg in dem Projekt untersucht werden. Ein großer Pluspunkt: Im Fraunhofer PAZ haben die Forscher die Möglichkeit, das entwickelte Kautschukmaterial im Tonnenmaßstab herzustellen – in einer Größenordnung, die für Testversuche für Industriekunden relevant ist.
Die Fraunhofer-Gesellschaft fördert das Projekt mit dem Namen BISYKA zur marktorientierten Vorlaufforschung, das am 17. März 2015 startete, für drei Jahre. Während dieser Zeit wird es von einem externen Gutachtergremium aus Industrie und Wissenschaft begleitet.

Nachgehakt
Perspektiven für die Praxis

Dr. Ulrich Wendler, Abteilungsleiter Polymersynthese, IAP.

KGK Lässt sich schon einen Marktpreis – im Vergleich zu Naturkautschuk – abschätzen?
Dr. Ulrich Wendler
Isopren ist aktuell weltweit deutlich teurer als
Butadien. Jedoch ist aktuell der
Bedarf an Isopren nicht sehr hoch. Die Technik zur Herstellung des Isopren-Monomers aus Erdölfolgeprodukten steht. Die Anlagen, auf denen aktuell Butadien hergestellt wird, können mit verhältnismäßig geringem Aufwand für Isopren eingesetzt werden. Ist der Bedarf groß genug, könnte sich der Marktpreis des künstlichen Kautschuks theoretisch vergleichbar mit dem des Naturkautschuks sein. Ein Vorteil ist dabei, dass das Isopren-Monomer biotechnologisch hergestellt werden kann. Fraunhofer hat dafür ein Patent.

KGK Kann der Naturkautschuk dann generell abgelöst werden?
Dr. Ulrich Wendler
Das ist sehr unwahrscheinlich, da Naturkautschuk preislich sehr attraktiv ist und sein Eigenschaftsprofil sehr speziell ist.
KGK Gibt es noch weitere potenzielle Anwendungsgebiete für den „neuen“ Synthesekautschuk, außer LKW-Reifen?
Dr. Ulrich Wendler Neben der Autoreifen sind zum Beispiel auch Körper-Kontaktprodukte – etwa Gummihandschuhe – ein Zielmarkt. An dieser Stelle ist Naturkautschuk oft problematisch, da er etwa fünf Prozent Proteine enthält, die allergen wirken können. Unsere Untersuchungen zielen zwar auch darauf ab, dass wir Proteine in das Material integrieren, allerdings ist unser Ziel, wirklich nur die notwendigen Proteine zu ermitteln, um den Gesamtproteinanteil so gering wie möglich zu halten.

Über den Autor

Dr. Sandra Mehlhase, Strategie und Marketing, Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung