Projekt 22329/01

Entwicklung eines vollständig biogenen Wärmedämmstoffs

Projektträger

Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT)
Joseph-von-Fraunhofer-Str. 7
76327 Pfinztal
Telefon: 0721/4640-173

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Basierend auf den positiven Umweltaspekten der nachwachsenden Rohstoffe und der sich zukünftig ändernden Anforderungen an Bio- bzw. Naturdämmstoffe sollte ein vollständig biogener Wärmedämmstoff mit verbesserten Produkteigenschaften entwickelt werden. Primäres Ziel des Vorhabens war die Substitution der synthetischen Stützfaser, die innerhalb der Dämmstoffmatte einen Materialanteil von ca. 15 % einnimmt. Das zweite Ziel war die Entwicklung eines kostengünstigen und ressourcenschonenden Prozesses zur Herstellung des vollständig biogenen Wärmedämmstoffs.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Erreichen der Vorhabensziele wurde in folgenden vier Arbeitsschritten realisiert:
- Material- und Produktentwicklung des biogenen Dämmstoffs (Substituierung der Polyesterstützfasern)
- Verfahrensentwicklung/-modifikation in Hinblick auf einen kostengünstigen und ressourcenschonenden Herstellungsprozesses
- Produktqualifikation
- Entwicklungsbegleitende Ökobilanzierung
Hierbei wurde in den Laboratorien und Technika des Fraunhofer ICT die Materialentwicklung (Auswahl, Qualifikation und Erprobung der biogenen und bioabbaubaren Materialien) und zum Teil die Produktentwicklung durchgeführt. Die Verfahrensentwicklung/-modifikation fand auf den Anlagen der BAFA GmbH und der NAPRO GmbH & Co. KG statt. Produktqualifikation und Feldversuche mit dem neuen biogenen Wärmedämmstoff und weitere anwendungstechnische Untersuchungen wurden durch die Firma Hock GmbH & Co. KG durchgeführt. Die entwicklungsbegleitende Ökobilanzierung wurde vom Lehrstuhl für Bauphysik (LBP) der Universität Stuttgart erstellt.


Ergebnisse und Diskussion

Das Ziel, einen vollständig biogenen Wärmedämmstoff zu entwickeln, wurde erreicht. Die synthetische Stützfaser innerhalb des Hanfdämmstoffs wurde durch eine biologisch abbaubare und biogene Polymilchsäurefaser substituiert. Der Stützfaseranteil konnte im Vergleich zum Standardprodukt von 15 % auf 10 % verringert werden. Ergänzend zur Substitution der Stützfaser wurden Alternativen zu Flammschutzmitteln für die Hanfproduktion untersucht. Im Ergebnis erwies sich das Flammschutzmittel Soda als optimale Lösung. Es ist aufgrund seines Anteils von ca. 4 % im Dämmstoff als mineralische und leicht wasserlösliche Substanz sehr umweltverträglich. Verfahrenstechnisch wurde während der Vorhabenslaufzeit die Umsetzung einer Online-Soda-Imprägnierung der Hanffasern als Alternative zum konventionellen Imprägnierungsverfahren mit dem Ziel der Einsparung bzw. Reduktion der Prozesskosten und der Prozessdauer erprobt. Durch die neu entwickelte Zusammensetzung der biogenen Wärmedämmstoffmatte konnte innerhalb des Thermobondingverfahrens darüber hinaus eine Reduktion der Prozesstemperatur um 25 °C erzielt werden. In Testläufen im Labor- und Produktionsmaßstab wurden umfangreiche Versuche zur Materialentwicklung durchgeführt, um eine Dämmmatte zu erhalten, die aus wirtschaftlicher und technischer Sicht dem Standardprodukt entspricht. Variiert wurden die Rohstoffanteile und Prozessparameter während der Herstellung. Durch die Produktqualifikation wurden in verschiedene Prüfungen die wichtigsten Eigenschaften der hergestellten Dämmmatten quantifiziert. Dazu zählten die Wärmeleitfähigkeit, die Steifigkeit, das Brandverhalten, die Prüfung auf Emission flüchtiger Kohlenwasserstoffe und die Untersuchungen zur Bioabbaubarkeit und Kompostierbarkeit. Die Wärmeleitfähigkeit der neu entwickelten biogenen Dämmstoffmatte gleicht dem Wert der konventionellen Thermo-Hanf-Matte und liegt bei 0,04 W/(m*K). Aufgrund der neuen Materialmischung und dem verbesserten Thermobondingprozess konnte eine höhere Mattensteifigkeit als beim Standardprodukt erreicht werden. Dies erhöht die Haltbarkeit des Produkts und seine Stabilität beim Einbau. Bei Entflammbarkeitstests nach DIN 4102 erreichte der neue Dämmstoff die Brandstoffklasse B2 (normal entflammbar). Die Emission flüchtiger organischer Kohlenwasserstoffe aus dem neuen Produkt war sehr gering; die Konzentration von emittiertem Formaldehyd lag unterhalb der Nachweisgrenze. Schließlich wurden die Bioabbaubarkeit und Kompostierbarkeit des neuen biogenen Wärmedämmstoffs experimentell bestätigt. Mithilfe der entwicklungsbegleitenden Ökobilanzierung konnten die Umweltauswirkungen des optimierten Dämmstoffs und des verbesserten Produktionsprozesses quantifiziert und mit der Produktion der konventionellen Thermo-Hanf-Matte verglichen werden. Hierbei weist der neu entwickelte Dämmstoff durchaus Vorteile auf: Insbesondere beim fossilen Primärenergiebedarf schneidet der optimierte Dämmstoff besser ab.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Vorgestellt wurde das Vorhaben auf Messen (z. B. IFAT 05.-09.05.2008), bei der Projektabschlussveranstaltung (DBU, 16.10.2007) und bei zahlreichen Schulungen und Messeauftritten der Firma HOCK GmbH &. Co. KG. Außerdem wurde das Vorhaben in Fraunhofer ICT Jahresberichten veröffentlicht und über den Presseverteiler der DBU, den Mediendienst der Fraunhofergesellschaft, in kommunalen Zeitungen und im Handelsblatt dokumentiert. Ausführlich beschrieben wurde das Projekt in einem öffentlich zugänglichen Vorhabensbericht.


Fazit

Bei herkömmlichen Hanfdämmmatten, wie sie seit Jahren auf dem Markt sind, halten synthetische Polyesterfasern die Hanffasern zusammen. Innerhalb dieses Vorhabens wurde mit verschiedenen bioabbaubaren Fasern als Stützfasern sowie anderen Bindersystemen experimentiert, um die Polyesterfasern zu ersetzen. Als am besten geeignet erwies sich eine aus Maisstärke gewonnene PLA-Faser (Polymilchsäure). Unter Nutzung dieser Faser ist das neue Dämmmaterial nun vollständig biogenen Ursprungs und gleichzeitig biologisch abbaubar. Die bauphysikalischen Eigenschaften gleichen denen konventioneller Produkte. Das Naturprodukt weist eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf und dämmt daher gut. Zudem nimmt es Feuchtigkeit leicht auf und gibt sie auch gut wieder ab, was Bauschäden vorbeugt und das Wohnklima positiv beeinflusst. Auch die Brandschutzanforderungen sind erfüllt. Eine Zertifizierung/Zulassung des neuen biogenen Wärmedämmstoffs wird in Form einer Ergänzung zur bereits existierenden Zulassung für den Standard Thermo-Hanf realisiert, um eine zuverlässige Markteinführung dieses neuen Produkts zu ermöglichen.