Technologie- Transfer.

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Innovation. Beim Stichwort Hightech-Textilien denken die meisten an intelligente Bekleidung mit eingewebten Sensoren oder Akkus. Dabei sind technische Textilien dabei, unterschiedlichste Branchen zu revolutionieren. Sie eröffnen Unternehmern ganz neue Marktchancen.

Textil im Betonbau klingt ungewöhnlich. Doch wird zur Verstärkung statt rostanfälligem Armierungsstahl Karbon, Glasfaser- oder Kunststoffgewebe verwendet, erhöht dies nicht nur die Lebensdauer von Betonkonstruktionen – 200 Jahre, schätzen Experten –, sondern spart auch Rohstoffe.

„Der Textilbeton ermöglicht wesentlich schlankere Konstruktionen, die trotz geringeren Eigengewichts stabil und statisch sicher sind“, erklärt Johannes Diebel. Bei Stahlbeton müsse zum Schutz vor Korrosion der Armierungsstahl mit 60 Millimeter Beton überdeckt werden. Bei Textilarmierung reichen zehn Millimeter, da ein Korrosionsschutz gar nicht nötig ist. „Das ermöglicht eine Reduktion der benötigten Zementmenge um 70 Prozent und eine Verminderung des Gesamtgewichts um bis zu 80 Prozent. So lassen sich Zement, Sand sowie Energie einsparen. Und es werden weniger Treibhausgase freigesetzt.“

Johannes Diebel ist Leiter der Forschung beim Forschungskuratorium Textil e. V. (FKT) in Berlin. Technische Textilien sind sein Spezialgebiet. „Diese Produkte sind heute für viele Textilhersteller ein wichtiges zweites Standbein. Sie werden wegen ihrer funktionellen Eigenschaften und nicht wegen ihres ästhetischen Charakters verwendet. Und sie revolutionieren unsere Welt in einer Art und Weise, wie die Wenigsten unter uns es wohl vermuten würden.“

Eines von Diebels Lieblingsbeispielen ist der Umweltschutz durch Karbonfasern. Kommunale Abwässer, erklärt der Experte, seien reich an organischen Stoffen. Mithilfe sogenannter mikrobieller Brennstoffzellen (MFC – microbial fuel cells) könne aus diesen Mikroorganismen Strom erzeugt werden. „Positiver Nebeneffekt ist der Abbau dieser Substanzen und damit eine Reinigung der Abwässer. Beides senkt die Betriebskosten erheblich – immerhin verursachen Klärwerke derzeit knapp ein Drittel der kommunalen Stromkosten.“

Die dabei verwendeten mikrobiellen Brennstoffzellen bestehen aus zwei Elektroden und sogenannten exo-elektrogenen Bakterien – also Mikroorganismen im Abwasser, die Elektronen auf Metalle in ihrer Umwelt übertragen können. Die Anode der Brennstoffzellen besteht aus porösem Material, in dem diese Mikroorganismen angesiedelt sind. Die an die Anode übertragenen Elektronen fließen über einen Draht zur Kathode. Dabei entsteht technisch nutzbarer elektrischer Strom.

Die Leistungsfähigkeit solcher Brennstoffzellen steht und fällt nun mit den Elektroden – je höher die Leitfähigkeit und je mehr Bakterien angesiedelt werden können, desto besser ist ihre Leistung. An der RWTH Aachen forschen daher das Institut für Textiltechnik und das Institut für Angewandte Mikrobiologie an Elektroden aus gewebten Karbonfasern. Fasergewebe bieten eine große Oberfläche. Karbon ist elektrisch gut leitfähig, resistent gegen Chemikalien und Abwässer und es kann in bekannten Prozessen leicht zu textilen Strukturen verarbeitet werden. Mit besseren Karbonelektroden wird die Wirtschaftlichkeit von mikrobiellen Brennstoffzellen erhöht.

Faser

Kommunale Kläranlagen könnten damit die Abwasseraufbereitung ökonomischer gestalten und Kosten reduzieren. Für mittelständische Unternehmen im Bereich der Gewebeherstellung ergibt sich dann eine sehr attraktive Möglichkeit, ihren Umsatz signifikant zu steigern und ein völlig neues Anwendungsspektrum zu erschließen. Vorläufige Schätzungen ergeben einen Bedarf für mindestens 2,5 Millionen Quadratmeter Karbongewebe allein in Deutschland.

Das Forschungskuratorium Textil stellt solche Ideen in seinen jährlichen Berichten vor und hält auch eine Datenbank bereit, in der nach Themen, Technologien und Projektpartnern gesucht werden kann. Dort stehen sämtliche Forschungsergebnisse der letzten Jahre zur Verfügung. „Das ist eine Fundgrube gerade für Mittelständler, die Trends erkennen und Marktlücken erschließen wollen“, sagt Diebel. „Wir glauben, dass die Zukunft der Textilindustrie in Branchen wie Medizin und Gesundheit, Architektur und Bau, Mobilität und Umweltschutz liegt. Eigentlich gibt es keinen Lebensbereich, der nicht von den innovativen textilen Produkten erfasst werden wird.“

Tatsächlich sind die Ideen beeindruckend. Allein der jüngste Jahresforschungsbericht nennt Dutzende Projekte mit revolutionären Anwendungen.

In Zusammenarbeit mit der spanischen Firma NEOS entwickelte zum Beispiel das ITV Denkendorf Produktservice GmbH eine textilbasierte Methode zur Behandlung des Bandscheibenvorfalls. Bei dieser schmerzhaften Erkrankung reißt als Folge einer Fehl- oder Überbelastung der Wirbelsäule der äußere Ring der Bandscheibe. Der gallertartige Kern quillt heraus, drückt auf die Nerven des vorbeiführenden Rückenmarks und führt zu einer Entzündungsreaktion. Das verursacht starke Schmerzen. Zudem bricht der Dämpfungseffekt an der betroffenen Stelle zusammen.

Die bisherige Therapie besteht zumeist allein darin, die Schmerzen zu behandeln. Im weiteren Verlauf wird der Gallertkern vom Körper abgebaut und die beiden Wirbel oberhalb und unterhalb der betroffenen Stelle wachsen zusammen – und dies beeinträchtigt dann irgendwann natürlich die Beweglichkeit.

NEOS Surgery in Barcelona hatte nun die Idee, einen textilen Schirm zu entwickeln, der zwischen die beiden betroffenen Wirbel geführt wird. Er lässt sich öffnen, um den Kern der Bandscheibe und damit den Riss von innen zu verschließen. Derzeit laufen erste klinische Studien an Patienten.

Faszinierend sind auch die in Dresden unter Federführung des Instituts für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik entwickelten Wundverbände. Mithilfe textilbasierter Sensoren ermöglichen sie die kontinuierliche Überwachung schlecht abheilender Wunden – etwa von Diabetikern. Mediziner können so Störungen im Wundheilungsprozess erkennen und entsprechend schnell reagieren. Die Sensoren messen die Temperatur- sowie Lactat- und Wasserstoffperoxidwerte, sind hautverträglich und widerstehen Zug und Druck.

Um mechanische Belastungen geht es auch in einem Projekt des Deutschen Instituts für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF) und des Instituts für Textilchemie und Chemiefasern (ITCF). Die Forscher dort haben eine Methode entwickelt, um Stressfaktoren in Verbundwerkstoffen und technischen Textilien großflächig zu messen und Schädigungen rechtzeitig zu erkennen.

Das geschieht mittels elektrisch leitfähiger Pasten und Tinten auf Silberbasis. Sie können per Sieb- oder Inkjetdruck auf die Materialien aufgebracht werden und wirken als Elektroden. Werden die bedruckten Gewebe auch nur geringfügig deformiert, ändert sich der Widerstand. Stärke und Anzahl der Deformationen korreliert dabei mit der Stärke und Anzahl der negativen Ausschläge der Messsignale. Je nach Art der Beanspruchung entsteht ein typischer und periodisch wiederkehrender Kurvenverlauf des Signals.

Das Verfahren ist hocheffizient, weil nur diejenigen Stellen bedruckt werden müssen, die besonderem Stress ausgesetzt sind. Damit wird erstmals eine großflächige, kontinuierliche Kontrolle von Bauteilen möglich – bei gleichzeitig verbesserter Qualität der Produkte. Hersteller von faserbasierten Materialien zur Verstärkung von Beton, die im Bauwesen oder im Maschinenbau eingesetzt werden, können sich so eine ganz neue Umsatzquelle erschließen. Weitere Profiteure sind Druckereien und Veredlungsbetriebe. Sogar im Bereich technischer Textilien, bei denen es auf Sicherheit ankommt, sind vielfältige Anwendungen denkbar: Gurte, Seile, Arbeits-, Sicherheits- oder militärische Bekleidung, aber auch Sport- und Freizeitprodukte.

„Unsere Aufgabe ist es, als Dachverband der 16 deutschen Textilinstitute an der Koordinierung der institutionellen Forschung der Textil- und Bekleidungsbranche mitzuwirken“, erklärt Johannes Diebel. In diesen Instituten arbeiten heute mehr als 1200 Forscher an neuen faserbasierten Materialien, Werk- und Textilverbundstoffen. „Wir sorgen für die strategische Weiterentwicklung der Forschung für faserbasierte Werkstoffe und unterstützen den Transfer der Ergebnisse in den Mittelstand. Schauen Sie sich unsere Schatzkammer doch einmal an. Ich bin sicher, Sie finden etwas, das Ihrem Geschäft einen Schub verleiht.“  ®

Autor: Dr. Ludger Weß

Fotos: DZP // Ansgar Pudenz // DITF // Carbon Concrete Composite/Thilo Schoch

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