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Auf der UN-Klimakonferenz 2021 (COP26) in Glasgow haben am 2. November 42 Länder, darunter Japan, die Breakthrough Agenda gebilligt. Ziel dieser Agenda ist es, sicherzustellen, dass die Entwicklung und der Einsatz sauberer Technologien und nachhaltiger Lösungen für alle bezahlbar, zugänglich und attraktiv sind. Die Agenda ruft Regierungen und Unternehmen weltweit dazu auf, gemeinsam gegen den Klimawandel zu kämpfen, und erläutert die Schritte, mit denen die Entwicklung und Anwendung sauberer Technologien beschleunigt werden kann.

Biomasse-Materialien: unverzichtbar für eine Kreislaufgesellschaft

― Der Einsatz von biobasierten Materialien minimiert unsere Auswirkungen auf die globale Umwelt.

Wir finden, „saubere Technologie“ ist nicht nur eine Reihe von Technologien zur Lösung der Probleme des Klimawandels und der globalen Umwelt. Vielmehr handelt es sich um eine marktorientierte Kombination aus neuen Technologien und damit verbundenen Geschäftsmodellen. Diese bieten Investoren und Kunden wettbewerbsfähige Renditen und gleichzeitig Lösungen für die Herausforderungen unseres Planeten. Dementsprechend betonen wir den gesellschaftlichen Wert verschiedener Industriezweige wie Energie und Strom, Transport und Logistik sowie Landwirtschaft und Nahrungsmittel, um einen größeren Wert für alle zu schaffen.

Da sich die Auswirkungen des Klimawandels in den kommenden Jahren wahrscheinlich noch verschärfen werden, ist ein Wechsel zu einem neuen Modell der Energiewirtschaft erforderlich, bei dem saubere Technologien eine wichtige Rolle spielen werden. Von den vielen Bereichen der sauberen Technologie zieht einer besondere Aufmerksamkeit auf sich, weil er das Potenzial hat, unsere Auswirkungen auf die globale Umwelt zu minimieren: der Einsatz von biobasierten Stoffen, die als Biomasse-Materialien bekannt sind.

Biomasse ist erneuerbares organisches Material, das von Pflanzen und Tieren stammt. Obwohl bei der Verbrennung von Biomasse CO2 entsteht, ist Waldbiomasse kohlenstoffneutral, da Pflanzen für die Photosynthese CO2 aus der Atmosphäre aufnehmen. Daher wird diese Art von Biomasse als wirksames Mittel zur Bekämpfung der globalen Erwärmung angesehen. Um eine dekarbonisierte Gesellschaft zu erreichen, die auf einer Kreislaufwirtschaft aufbaut, sollten wir Biomasse nicht nur als Brennstoff sehen, sondern auch weitergehende Anwendungen wie im Bereich Materialien erwägen. Tatsächlich hat die Verwendung von Biomasse in den letzten Jahren bei Materialien wie PET-Flaschen, Verpackungsfolien und Textilien an Bedeutung gewonnen.

Im Laufe der Jahre hat Yokogawa an verschiedenen Projekten im Bereich der sauberen Technologien mitgewirkt, darunter Anlagen für erneuerbare Energien, Wasseraufbereitungsanlagen und Meerwasserentsalzungsanlagen, um Kunden beim Bewältigen ihrer geschäftlichen Herausforderungen und der Lösung von Umweltproblemen zu helfen. Seit 2018 ist Yokogawa auch im Bereich Biomasse-Materialien tätig, investiert in Biotech-Unternehmen und geht Partnerschaften mit ihnen ein. Im Jahr 2021 haben wir die Yokogawa Bio Frontier Inc. gegründet, um nicht nur die Entwicklung und Produktion von Biomasse bei unseren Kunden zu unterstützen, sondern auch um diese Materialien selbst zu entwickeln und zu produzieren und damit die breite Nutzung von Biomasse-Materialien effektiver zu fördern.

Biomasse-Materialien

Ein Schlüssel zur weit verbreiteten Nutzung von Biomasse-Materialien

― Cellulose-Nanofaser und ihr verlockendes Potenzial

Einer der Schlüssel zu einer breiten Nutzung von Biomasse-Materialien liegt in den Zellulose-Nanofasern (CNF), die oft als „Traummaterial" bezeichnet werden. Zellulose, das am häufigsten vorkommende Biopolymer*1 auf der Erde, ist ein Hauptbestandteil der Zellwände von Grünpflanzen. CNF ist ein Material, das aus Zellulosefibrillen in Nanogröße (1 nm = 0,000001 mm) besteht, welche aus Fasern auf Holzbasis gewonnen werden.

CNF ist biobasiert und biologisch abbaubar – und, was besonders beachtenswert ist, fünfmal stärker und leichter als Stahl. Inspiriert von diesen Eigenschaften arbeiten die Forscher daran, starke und dennoch leichte Materialien zu erzeugen, indem sie CNF als Verstärkungsmaterial und Zusatzstoff verwenden. Außerdem behält CNF beim Erhitzen seine Form und Größe bei, so dass es für den Einsatz in elektronischen Substraten und Gehäusen ideal geeignet ist. Und wenn dieses Biopolymer auf eine bestimmte Weise verarbeitet wird, geht das Licht ohne Streuung hindurch, so dass transparente Materialien entstehen. Aufgrund dieser herausragenden Eigenschaften sind die Anwendungsmöglichkeiten sehr breit gefächert und äußerst vielversprechend.

Seine Verwendung kann auch der Umwelt zugutekommen. Bei der Verwendung in Autokomponenten beispielsweise reduziert es das Fahrzeuggewicht und verbessert die Kraftstoffeffizienz. CNF-basierte Paneele für Häuser und Haushaltsgeräte eignen sich hervorragend als Wärmedämmung, was den Energieverbrauch senken und zur Verlangsamung der globalen Erwärmung beitragen wird. Die Verwendung von CNF, das aus forstwirtschaftlichen Ressourcen gewonnen wird, wirkt bei der Schaffung einer KreislaufGesellschaft mit. Da CNF stärker und leichter als Stahl ist und einen Beitrag zu einer nachhaltigen Gesellschaft leisten kann, ist es tatsächlich ein Traummaterial mit riesigem Potenzial.

Es gibt jedoch noch einige Hürden zu überwinden, bevor dieses Traummaterial in der Praxis eingesetzt werden kann. CNF wird durch Extraktion von nanoskaligen Fibrillen aus Holz hergestellt – ein heikles Verfahren, das große Expertise erfordert. Die Herstellung im industriellen Maßstab ist mit erheblichen Kosten und Energieaufwand verbunden. Zudem ist die Produktion von CNF, wie bei jedem auf Biomasse basierenden Material, mit Schwierigkeiten verbunden. Die Produktgleichmäßigkeit wird nicht so einfach erzielt wie bei Materialien auf fossiler Basis. Daher ist die Produktionseffizienz ein wichtiges Anliegen.

*1. Ein Polymer ist ein Stoff, der aus sehr großen Molekülen (oder Makromolekülen) besteht. Biopolymere kommen in der Natur vor, während synthetische Polymere künstlich hergestellt werden.

Unser Leben und Biomasse-Materialien

Die technische Expertise von Yokogawa kommt ins Spiel

― Ausbau der Nutzung von Biomasse-Materialien durch Co-Innovation

Obwohl es CNF in vielen Formen gibt, ist Yokogawa besonders an sulfatveresterten Zellulose-Nanofasern interessiert und hat unabhängige Forschung zu diesem Material betrieben. Mit einem eigenen chemischen Verfahren entwickelte Yokogawa S-CNF™, das zu einem Pulver getrocknet und dann zu einem Gel rekonstituiert werden kann. In Pulverform hat S-CNF etwa 1/100 des Volumens und des Gewichts von Gel, was die Lagerung und den Transport ohne Tanks und Tankwagen vereinfacht und die Umweltbelastung erheblich reduziert.

Wenn S-CNF-Pulver in Wasser aufgelöst wird, wird es thixotrop, d. h. die Lösung ist im statischen Zustand recht zähflüssig, wird aber beim Rühren oder Schütteln sehr flüssig. Denken Sie zum Beispiel an Ketchup in einer Flasche. Da Ketchup thixotrop ist, bleibt er in der Flasche, auch wenn sie auf den Kopf gestellt wird – bis die Flasche geschüttelt wird. Einige Kugelschreiber verwenden ein thixotropes Mittel auf CNF-Basis, um einen gleichmäßigen Tintenfluss zu gewährleisten, ohne dass die Schrift verwischt wird. S-CNF kann für ähnliche und viele andere Anwendungen verwendet werden. In getrockneter Filmform ist S-CNF beispielsweise glatt und transparent und stellt eine wirksame Barriere gegen Sauerstoff dar. Dies macht es zu einem vielversprechenden Verpackungs- und Beschichtungsmaterial für Lebensmittel wie Saft, Suppe und andere Produkte. S-CNF wird in Zukunft in verschiedenen Segmenten Anwendung finden und weiterhin neuen Wert schaffen.

Im Laufe der Jahre haben wir von Yokogawa viele Kunden in der Werkstoffindustrie mit unserer Expertise in der Mess- und Regeltechnik unterstützt. Aufgrund dieser Erfahrungen haben wir einen entscheidenden Schritt in Richtung der Herstellung von chemischen Materialien gemacht. Auch in Zukunft werden wir durch gemeinsame Innovationen mit unseren Kunden und Partnern nach neuen Anwendungen für Biomasse-Materialien suchen. Gleichzeitig wollen wir den Einsatz von CNF fördern, um dessen Markt zu erweitern.

Da saubere Technologien für die Zukunft unseres Planeten von entscheidender Bedeutung sind, werden Biomasse-Materialien allmählich in das tägliche Leben integriert, nicht nur als Brennstoff, sondern auch als Bausteine für innovative Verbundstoffe. Yokogawa hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine nachhaltige Gesellschaft zu schaffen, indem wir durch gemeinsame Innovationen, welche die Grenzen zwischen Unternehmen, Branchen und Nationen überschreiten, für eine weit verbreitete Nutzung von Biomasse-Materialien sorgen. So werden wir bei Yokogawa das nächste Kapitel der Geschichte „Was kommt als Nächstes für unseren Planeten?“ aufschlagen.


S-CNF ist eine Marke der Yokogawa Electric Corporation.

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