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Fraunhofer IWM entwickelt biobasierte Ersatzmaterialien für Mikroplastik

Plastikpartikel in kosmetischen Pflegeprodukten sind ein Problem für die Umwelt: Sie gelangen über das Abwasser ins Meer und so in die Nahrungskette. In einem Forschungsprojekt möchten Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM in Halle zusammen mit Industriepartnern solche Mikroplastikpartikel in Zahncremes und Körperpeelings durch biologisch abbaubare Stoffe ersetzen. Das Projekt im Rahmen des Spitzenclusters BioEconomy könnte nicht nur der Umwelt helfen, sondern auch neue Einsatzmöglichkeiten für nachwachsende Rohstoffe eröffnen.

 

Viele Kosmetikprodukte wie Körperpeeling oder Zahncreme enthalten kleinste Kunststoffteilchen, sogenannte Mikroplastikpartikel. Sie sorgen als »sanfte Abrasiva« dafür, abgestorbene Hautschuppen zu entfernen und die Durchblutung der Haut anzuregen oder werden als Stabilisatoren eingesetzt – ihr Anteil an einem Produkt kann bis zu 90 Prozent betragen. Mikroplastikpartikel sind praktisch nicht biologisch abbaubar und mit einer Größe unter 5 Millimetern in der Regel zu klein, um von Kläranlagen effektiv entfernt werden zu können. Somit gelangen die Partikel in die Umwelt. Im Meer gefährden sie die dort lebenden Organismen. Wegen dieser Folgen ist der Einsatz von Mikroplastikpartikeln in Kosmetikprodukten in einigen US-Bundesstaaten bereits verboten, auch auf EU-Ebene wird ein Verbot diskutiert. Etliche Hersteller haben deshalb bereits angekündigt, den Einsatz von Mikroplastikpartikeln zu reduzieren und sind auf der Suche nach Ersatzstoffen.

Dort setzt das Projekt KosLigCel an, das vom Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Halle koordiniert wird. »Für Mikroplastikpartikel in Kosmetikprodukten wird heute meist Polyethylen eingesetzt. Wir wollen stattdessen Partikel aus einem Naturprodukt nutzen: Cellulose, die aus Buchenholzresten hergestellt wird und die biologisch abbaubar ist. Wenn das gelingt, könnten wir dazu beitragen, die Umweltbelastungen durch Mikroplastikpartikel zu reduzieren«, sagt Projektleiterin Dr. Vanessa Sternitzke vom Fraunhofer IWM. Sie weist auf die Dimension des Problems hin: Im Jahr 2012 wurden laut einer Studie des United Nations Environment Programme allein in der EU 4300 Tonnen Mikroplastikpartikel in Pflegeprodukten eingesetzt.

Im Projekt KosLigCel, das eine Laufzeit von zwei Jahren hat und zum Spitzencluster BioEconomy des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gehört, sollen unter anderem ein Körperpeeling und eine Zahncreme entwickelt werden. Projektpartner sind die CFF GmbH, ein Zellstoffverarbeiter aus Gehren (Thüringen), der für das Projekt Cellulose- und Ligninpartikel bereitstellt, sowie die Skinomics GmbH aus Halle, die vorrangig für die dermatologische Untersuchung der neuen Produkte zuständig ist.

Die besondere Herausforderung liegt darin, genau die Größe, Form, Härte und Oberflächenstruktur der Partikel zu finden, die für die gewünschten Eigenschaften sorgen und zugleich hautverträglich sind. Dazu soll die Cellulose aus Buchenholz speziell modifiziert und bis auf die Ebene der Mikrostruktur analysiert werden. Auch der Einsatz von Cellulose aus anderen Quellen, etwa Reststoffen der Hafer-, Weizen- und Maisproduktion, wird untersucht. Erstmalig wollen die Forscher auch den Einsatz von modifizierten schwefelfreien Organosolv-Ligninpartikeln in Kosmetikprodukten erproben.

Es gibt bereits einzelne Versuche, Mikroplastikpartikel in Kosmetikprodukten durch andere Materialien wie Wachs, Salz oder Olivenkerne zu ersetzen. Doch bisher sind solche Ersatzstoffe nie materialwissenschaftlich bewertet worden. Das wollen die KosLigCel-Projektpartner erstmals leisten. »Die wissenschaftlichen Herausforderungen sind noch groß, um einen Ersatz für Polyethylen zu finden, der genauso gut wirkt, aber im Gegensatz zu Polyethylen im Wasser biologisch abbaubar ist und möglichst kostengünstig hergestellt werden kann. Wir wollen möglichst genau herausfinden, welche Kriterien für die gewünschten Eigenschaften entscheidend sind. Wenn wir das wissen, können wir zuverlässig bewerten, welche Materialien besonders gut geeignet sind, Mikroplastikpartikel zu ersetzen«, erklärt Sternitzke den Ansatz.

Im Idealfall könnte die Nutzung von Cellulose dabei auch weitere Einsatzfelder erschließen. Im Gegensatz zu Polyethylen nimmt der Zellstoff nämlich auch Wasser und Öl auf und könnte damit dazu beitragen, die Langzeitwirkung von Feuchtigkeitscremes zu verbessern. Auch als Füllstoff in Aluminium-freien Deodorants kommen die Cellulose-Partikel infrage.

 

Über das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

Die zentrale Herausforderung der Menschheit im 21. Jahrhundert ist die Nachhaltigkeit aller Lebensbereiche, insbesondere der effiziente Umgang mit begrenzten Rohstoffen. Das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM betreibt angewandte Forschung im Bereich der Materialeffizienz und ist Impulsgeber, Innovator und Problemlöser für die Industrie und für öffentliche Auftraggeber in den Bereichen Zuverlässigkeit, Sicherheit, Lebensdauer und Funktionalität von Werkstoffen in Bauteilen und Systemen. Die Kernkompetenzen liegen im Bereich der Simulation und Charakterisierung von Werkstoffen bis auf die atomare Skala sowie in der Materialentwicklung. Zum 1. Januar 2016 wird der Institutsteil Halle des Fraunhofer IWM als eigenständiges Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS ausgegliedert.

www.iwm.fraunhofer.de

 

Über die CFF GmbH & Co. KG

Die Cellulose-Füllstoff-Fabrik (CFF GmbH & Co KG) beschäftigt sich seit mehr als 30 Jahren mit der Entwicklung, Herstellung und dem Vertrieb von Cellulosefasern und Cellulosepulvern. Sie ist spezialisiert auf kundenspezifische Produktionen natürlicher Cellulosefasern aus organischen und nachwachsenden Rohstoffen. Der Fokus liegt dabei auf qualitativ hochwertigen, maßgeschneiderten Produkten für individuelle Anwendungen. Basierend auf einem weltweiten Vertriebsnetz finden die Fasern Anwendung im Straßenbau, Bauchemie, Filtration, Lebensmittelindustrie und sollen nun auch vermehrt in der Kosmetikbranche Einsatz finden.

 

Über die Skinomics GmbH

Die 2008 gegründete Skinomics GmbH ist spezialisiert auf Entwicklung, Optimierung und Tests von Präparaten zur dermalen Anwendung im Auftrag von Produzenten in der Kosmetik-, Medizinprodukt- und Pharmabranche sowie für Rohstofflieferanten. Dabei gründet die Forschungs- und Entwicklungstätigkeit auf einer interdisziplinären Verknüpfung von pharmazeutischen und dermatologischen Fachkenntnissen. Die Skinomics GmbH überführt zudem Systemarzneistoffe in Applikationssysteme und identifiziert neuartige Wirkstoffe und Hilfsstoffe für den Einsatz in kosmetischen und pharmazeutischen Hautpräparaten.

 

Über den Spitzencluster BioEconomy

Im Cluster BioEconomy, der seit 2012 Spitzencluster des Bundesministeriums für Bildung und Forschung ist, arbeiten Partner aus Industrie und Forschung in Mitteldeutschland an den Grundlagen der stofflichen und energetischen Nutzung von Non-Food-Biomasse. Der Spitzencluster BioEconomy verbindet die für die Bioökonomie relevanten Industriebereiche wie die chemische Industrie, die Papier- und Zellstoffindustrie, die Land- und Forstwirtschaft, die Energiewirtschaft sowie den Maschinen- und Anlagenbau in Mitteldeutschland und bildet erstmals die gesamte Innovations- und Wertschöpfungskette branchenübergreifend ab.


Publiziert am 14.10.2015