Leichte und zugleich stabile Bauteile sind eine zentrale Voraussetzung für viele moderne Technologien. Eine wichtige Rolle spielen dabei Sandwichstrukturen, die aus einem leichten Kernmaterial und widerstandsfähigen Deckschichten bestehen. Durch diese Kombination können Bauteile eine hohe Steifigkeit bei geringem Gewicht erreichen. Eingesetzt werden solche Materialien unter anderem im Boots- und Fahrzeugbau, in der Windenergie sowie in weiteren Anwendungen des mobilen und energieeffizienten Leichtbaus. Als Kernmaterialien kommen bislang vor allem erdölbasierte Schaumstoffe wie Polyurethan oder extrudiertes Polystyrol zum Einsatz oder Balsaholz, das in seiner Verfügbarkeit begrenzt ist.

Forschende der Hochschule Bremen haben gemeinsam mit internationalen Partnern nun einen neuartigen biobasierten Kernwerkstoff aus den Blütenstängeln der Sisal Agave (Agave sisalana) untersucht. Der bislang kaum genutzte Pflanzenreststoff aus der Sisalfaserproduktion besitzt eine natürliche, schaumähnliche Zellstruktur. Die Ergebnisse der Studie wurden im „Journal of Cleaner Production“ veröffentlicht und zeigen das Potenzial dieses Materials für biobasierte Leichtbauanwendungen.

Natürliche Struktur mit hoher Leistung

Die Untersuchungen zeigen, dass der Agavenkern eine besonders geringe Dichte aufweist. Mit 57 bis 84 Kilogramm pro Kubikmeter liegt das Material unterhalb vieler kommerzieller Balsaholzqualitäten. Gleichzeitig erreichen daraus hergestellte Sandwichplatten eine hohe mechanische Leistungsfähigkeit. Besonders die auf das Gewicht bezogene Steifigkeit ist mit etablierten Kernmaterialien vergleichbar und macht den Werkstoff interessant für Anwendungen, bei denen eine möglichst geringe Masse entscheidend ist.

Um die besonderen Eigenschaften zu verstehen, analysierte das Forschungsteam die innere Struktur des Pflanzenmaterials mit modernen Verfahren wie Rasterelektronenmikroskopie und Mikro-Computertomographie. Dabei zeigte sich, dass die Kombination aus porösem Zellgewebe und verstärkenden Faserstrukturen für die Stabilität verantwortlich ist. 

Nebenprodukt wird zum Werkstoff

Eine ergänzende ökobilanzielle Bewertung deutet darauf hin, dass der Agavenkern im Vergleich zu Balsaholz eine ähnliche oder günstigere Umweltwirkung erreichen kann. Besonders bei einer Bewertung der Umweltbelastung im Verhältnis zur erzielten Steifigkeit zeigt der Werkstoff Vorteile. Die Ergebnisse sind jedoch als erster Schritt zu verstehen, da Fragen zur industriellen Verarbeitung, Qualitätssicherung und Skalierung weiterer Forschung bedürfen.

Gefördert wurde das Projekt „GreenBox“ durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE). Dr. Jörg Müssig, Professor an der Hochschule Bremen und Projektleiter, betont dabei auch die Stärke der internationalen Zusammenarbeit im Verbund: „Besonders erfreulich war die enge und vertrauensvolle Zusammenarbeit mit unseren Industriepartnern GreenBoats und Grow Blanks Limited im Taita-Taveta County in Kenia. Gemeinsam konnten wir zeigen, dass bislang wenig beachtete pflanzliche Reststoffe ein großes Potenzial für nachhaltige und leistungsfähige Leichtbauwerkstoffe besitzen.“

hb