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INNOVATION

RECYCLABLE BIOFOIL

Gründungsvorgeschichte und Entwicklungsstand

Im Jahre 2019 wurde während der Durchführung einer Promotionsarbeit, welche von Herrn Hollmann beaufsichtigt wurde, durch Zufall die spontane Verfestigung der Cellulose Lösung beobachtet. Dies war die Grundlage für die Einreichung eines Patentes sowie hochrangigen Zeitschriftenartikeln. Die Innovation wurde zusätzlich durch Presseartikel und- TV-Beiträge gewürdigt. Eine Vielzahl von regionalen Unternehmen nahmen, basierend auf den Publikationen, insbesondere bzgl. des Ersatzes ihrer Plastikfolien/-produkte Kontakt zu Herrn Dr. Hollmann auf. Dies zeigt den Willen der Industrie sich zukunftsfähig aufzustellen. Gleichzeitig wurde eine Kooperation mit der kanadischen Firma Performance Biofilaments gestartet. Hier waren ehemalige Kontakte von Herrn Dr. Hollmann aus der Zeit der Promotion am LIKAT extrem hilfreich. Aus dieser Kooperation ergab sich, dass auch die Grundstoffe wie Kraftcellulose hervorragend für die Filmherstellung geeignet sind. Basierend auf diesen Ergebnissen wurden die Kontakte zu der deutschen und kanadischen Muttergesellschaft Mercer (größter Nordamerikanischer Holzverwerter) erweitert und die Grundlagen für die vorliegende Ideenskizze gelegt.

In den rückliegenden Monaten wurde die Herstellung der Folien durch Forschungen an der Universität Rostock verfeinert und verbessert, soweit dies im Labormaßstab möglich war. Damit liegen erste Prototypen vor.

Durch die Teilnahme an regionale Ideenwettbewerben und den damit verbundenen Preisen wurde zusammen mit Herrn Peuß eine umfangreiche Analyse der Projektidee durchgeführt. Das Vernetzen über diese Wettbewerbe, aber auch über ein Start-Up „Innocent Meat“ ermöglichte den Zugang zu verschiedenen Risikokapitalanleger, welche einer möglichen Beteiligung positiv gegenüberstehen.

Zum jetzigen Zeitpunkt wird mit verschiedenen Unternehmen („Brückner Anlagenbau“) und Kontaktpersonen (CEO von „Siegwerk“) eine Anwendung sowie eine Kooperation zur Implementierung und Herstellung einer Pilotanlage diskutiert.

Innovation

Cellulosefolien bieten die Möglichkeit ölbasierte Verpackungsfolien zu ersetzen. Als alternativer Plastikersatz sind sie ideal geeignet für die Verpackung von Obst und Gemüse oder etwa Süßigkeiten. Darüber hinaus können Cellulosefolien auch für Großverpackungen oder Trennpapier eingesetzt werden. Cellulose ist als natürliches, pflanzliches Produkt biologisch abbaubar. Jedoch sind die gängigen Methoden zur Produktion von Cellulose keineswegs umweltfreundlich, da sie zum Teil hochgiftige Prozesse beinhalten. Genau an dieser Stelle setzt „Cell2Green“ an. Die Produktion von Cellulosefolien mithilfe unseres neuartigen und innovativen Produktionsprozesses bietet viele Vorteile gegenüber der Produktion dieser Folien auf herkömmliche Weise.

Zu den wichtigsten Vorteilen gehören:

  1. CO2 Einsparung um ca. 70% durch einen vereinfachten Prozess
  1. Verzicht auf umweltschädliche und giftige Substanzen im Produktionsprozess
  1. Herstellung von CO2-neutralen, biologisch-abbaubaren Folien durch Verwendung eines biobasierten Ausgangsstoffes
  1. Transparenz, Flexibilität und hohe Belastbarkeit der produzierten Folie
  1. Einführung eines „Circular Economy“ Unternehmensmodells durch ein Konzept zum Recycling und der Wiederverwertung der gebrauchten Folien

Im Folgenden sollen die genannten Vorteile der Produktion unserer Cellulosefolien näher beschrieben werden, um den Innovationsgehalt von „Cell2Green“ zu verdeutlichen.

CO2 Einsparung um ca. 70% durch einen vereinfachten Prozess

Im momentanen 50 Jahre alten industriellen Viskose-Prozess wird ein aufwändiger mehrstufiger Prozess durchgeführt. Hierbei wird die Cellulose erst chemisch modifiziert, ausgestrichen und nachfolgend über Säuren chemisch wiederhergestellt. Ein erheblicher Anteil (ca. 50%) des Modifizierungsmittel Schwefelkohlenstoff wird nicht wiedergewonnen. Darüber hinaus werden Säuren und Additive einmalig gebraucht.

Im Cell2Green-Prozess wird der Prozess auf zwei Stufen vereinfacht. Eine direkte Lösung und nachfolgende Verfestigung ermöglicht die Einsparung von mehreren Schritten. Weiterhin können alle Substanzen bis zum 100% recycelt werden. Es kann damit von einer erheblichen Einsparung von Chemikalien, Zeit und Energie ausgegangen werden. Es wird davon ausgegangen, dass mehr als 70% CO2 zum herkömmlichen Viskose-Prozess eingespart werden können. Eine genaue Analyse des CO2-Verbrauches wird anhand eines CO2-Footprint im Rahmen eines Life-Cycle-Assessment erfolgen.

Verzicht auf umweltschädliche und giftige Substanzen im Produktionsprozess

Die Herstellung von umweltfreundlichen Verpackungsfolien basierend auf Cellulose ist an sich nicht neu. Am Markt existierten seit längerer Zeit Unternehmen, die sich auf die Produktion von Cellulosefolien durch das Viskose-Verfahren spezialisiert haben. Zur Herstellung dieser Folien dienen unter anderem wasserhaltige Lösungsmittelgemische, wie Natriumhydroxid und Schwefelkohlenstoff. Allerdings weisen diese Chemikalien unerwünschte Eigenschaften, wie etwa eine hohe Toxizität und Flüchtigkeit auf. Hinzu kommt, dass diese Lösungsmittel selbst sehr teuer sind und der Umgang mit ihnen erhöhte Sicherheitsmaßnahmen erforderlich macht. Dies führte zu einem fast vollständigen Rückgang der Produktion von Cellulosefolien über das Viskose-Verfahren. Momentan gibt es kein deutsches Unternehmen mehr. Der einzige Produzent und damit Marktführer ist das japanische Unternehmen „Futamura“.

Der Cell2Green-Prozess ist auf einige wenige Chemikalien (Wasser, Tetrabutylphosphonium hydroxid, Propylencarbonat, Dimethylsulfoxid) reduziert. Diese Chemikalien sind für Menschen und Tiere ungefährlich sind. Sämtliche bei der Produktion der Folien verwendeten Lösungen und Bestandteile, wie beispielsweise die Cellulose oder die phosphonium-basierten Elektrolytlösung, sind biologisch abbaubar und können problemlos wiederverwendet werden. Einzelne Chemikalien (Propylencarbonat, DMSO) können direkt aus der Biomasse hergestellt werden.

Herstellung von CO2-neutralen/positiven, biologisch-abbaubaren Folien durch Verwendung eines biobasierten Ausgangsstoffes

Als natürlicher Ausgangsstoff lässt sich Cellulose aus nachwachsenden, pflanzlichen Rohstoffen gewinnen. Aus Holz gewonnene Kraftcellulose ist hierfür besonders gut geeignet. Vorstellbar ist jedoch auch die Nutzung von Abfallprodukten wie Stroh oder Reisstroh. Nach dem biologischen Abbau oder dem (momentanen) Verbrennen der Cellulosefolien wird genau so viel CO2 produziert wie CO2 gebraucht wird, um Cellulose herzustellen. Die aufgebrachte Prozessenergie kann über regenerative Energieressourcen klimaneutral hergestellt werden.

Eine von uns explizit eingebrachte Recyclingstrategie ermöglicht eine Mehrfachnutzung der Cellulose, welche theoretisch sogar mit einem positiven CO2-Ausstoß einhergeht.

Transparenz, Flexibilität, Aromadichtkeit und hohe Belastbarkeit der produzierten Folie

Die durch den Cell2Green-Prozess hergestellte Folie ist extrem dünn und transparent. Ihre hohe Flexibilität ermöglicht eine vielseitige Einsetzbarkeit. Bisherige Cellophan-Folien aus dem Viskose Prozess lassen sich bedrucken, lackieren, kleben oder thermisch verbinden. Basierend auf den bisherigen Erfahrungen, lassen sich diese Eigenschaften auf die durch das Cell2Green-Verfahren hergestellte Cellulosefolien transformieren. Gespräche finden zurzeit mit „Siegwerk“, dem größten Druckhersteller Deutschlands, statt. Unsere Folie weist darüber hinaus eine sehr hohe Festigkeit auf. Cellulosefolien haben gegenüber herkömmlichen PE-Plastefolien den Vorteil, dass Sie aromadicht aber wasserdurchlässig sind. Damit schwitzen und faulen Obst und Gemüse in Cellulosefolien nicht. Die Aromadichtheit ist insbesondere bei starkriechenden Substanzen wie Gewürzen wichtig. Unsere Cellulosefolie ist somit ein ideales Material, insbesondere für die Verpackungsindustrie.

Durch die Kooperation mit einem weiterverarbeitenden Unternehmen wie beispielsweise PETROPLAST können herkömmliche Plastikverpackungen durch umweltfreundliche und recyclebare Verpackungen aus Cellulose ersetzt werden. Gemeinsam mit dem Kooperationspartner können Schalen und Folien für frisches Obst, Gemüse und Kräuter oder reißfeste, stabile Beutel für die Verpackung von Keksen und Süßigkeiten hergestellt werden. Die Flexibilität der Folie und die Möglichkeit diese zu bedrucken oder zu lackieren, ermöglicht die Produktion von individuellen Verpackungen für jeden erdenklichen Einsatz und Anlass.

Durch Kombination des Ausgangsstoffes mit Nanomaterialien, lassen sich die Eigenschaften der fertigen Folien beliebig verändern. So ist es beispielsweise möglich, das Endprodukt mit antibakteriellen Eigenschaften auszustatten, um auch Verpackungsmaterialien für sensible Lebensmittel oder Produkte aus dem medizinischen Bereich anbieten zu können.

Einführung eines „Circular Economy“ Unternehmensmodells durch ein Konzept zum Recycling und der Wiederverwertung der gebrauchten Folien

Das geplante Unternehmen „Cell2Green“ wird basierend auf einem innovativen Kreislaufbusinessmodell aufgebaut. Dies beinhaltet den Vertrieb und Aufbau der Folien-Prozesstrecke, den Service und das Update für die nachfolgenden neuen Folien. Weiterhin wird angestrebt, über ein Sound Chemikalienmanagement in Unterstützung von digitalen Formaten wie IOT (Internet-of-Things) alle Chemikalien für die Produktion der Folien bereitzustellen und nach der Nutzung von der Folienproduzierenden Firma kostenfrei zurückzunehmen. Damit kann sich diese Firma vollständig auf die Schwerpunkte Verpackung etc. beschränken. Alle Chemikalien werden im geplanten „Cell2Green“-Unternehmen recycelt und der Wertschöpfungskette wieder zugeführt. Das Recycling der genutzten Cellulosefolien kann nach der Separation in einer Recyclinganlage wieder über den „Cell2Green“-Verfahren gewährleistet werden. Hierfür werden die gleichen Chemikalien genutzt um hochreine Cellulose zu erhalten. Damit wird gewährleistet, dass alle Chemikalien und Produkte kontinuierlich in der Wertschöpfungskette befinden.

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