Ressourcenschonende Produktion eines nanozellularen Polystyrol-Hochleistungsdämmstoffs, hergestellt mittels überkritischem CO₂

Kurzbeschreibung

Die SUMTEQ GmbH ist ein junges Start-Up mit Sitz in Düren (Nordrhein-Westfalen). Als Spin-Off des Lehrstuhls für physikalische Chemie der Universität Köln ist es dem Unternehmen gelungen, ein innovatives Produktionsverfahren zu entwickeln, mit dem Polymere erstmalig skalierbar zu einem stabilen nanoporösen Schaum expandiert werden können. Dieser innovative Schaum lässt sich äußerst effektiv im Bereich der Gebäudedämmung einsetzen. Aktuell am Markt verfügbare Hochleistungsdämmstoffe zeichnen sich ebenfalls durch eine feine Porenstruktur aus, die zu sehr guten thermischen Isolationseigenschaften führt. Allerdings sind die Produktionsverfahren, die für die Erreichung einer dauerhaften Nanostruktur notwendig sind, sehr zeit- und kostenintensiv. Daher werden zur Zeit Hochleistungsdämmstoffe nur in geringen Volumina in Marktnischen eingesetzt.

Ziel des Projekts war die Errichtung eines innovativen Anlagenkomplexes zur erstmaligen, großtechnischen Fertigung des von SUMTEQ selbst entwickelten Polymer-Nanoschaum-Materials. Die innovative Demonstrationsanlage besteht aus Extrakteuren, in denen mittels überkritischem CO₂ eine kontrollierte Schäumung eines Polymers erfolgt. Die Materialbesonderheit besteht darin, dass nanoskalige Poren erzielt werden und das verwendete Treibmittel fast komplett wiederverwendet wird. Aufgrund der geringen Porengrößen, die im Bereich von weniger als 50 Nanometern liegen, kann der hochinnovative und leistungsstarke Dämmstoff Sumfoam in der Anwendung eine Wärmeleitfähigkeit von < 25 Milliwatt pro Meter Kelvin erreichen. Eine vergleichbar effiziente Wärmedämmung kann mit Aerogelen erreicht werden, die eine ähnliche Wärmedämmeigenschaft wie Sumfoam aufweisen. Allerdings weisen sie eine geringere mechanische Stabilität auf und sind in der Herstellung deutlich kosten- und energieintensiver. Im Gegensatz dazu bietet Sumfoam eine deutlich kostengünstigere (Faktor 2-4 günstiger), umweltfreundlichere und energieeffizientere Lösung für anspruchsvolle thermische Isolationsanwendungen, insbesondere dort, wo wenig Platz für eine Dämmung besteht.

Die Maßnahme hat die Vorhabenziele erreicht: Die neue Materialklasse kann kosten- und emissionseffizient hergestellt werden. Dadurch können im Vergleich zu Aerogelen die Treibhausgasemissionen um 55 Prozent verringert werden. Mit der Demonstrationsanlage konnte eine Jahresproduktion von > 10.000 Kubikmeter Hochleistungs-Polymer-Dämmstoff-Schüttgut erreicht werden, wodurch gegenüber der Produktion einer gleichen Menge an Aerogelen eine jährliche Einsparung von rund 7.200 Tonnen CO₂ pro Jahr und Anlage möglich wird. Dieses Schüttgut kann anschließend für verschiedene Anwendungen weiterverarbeitet werden.

Durch die disruptive Natur des neuen Werkstoffs Sumfoam und des jetzt dafür verfügbaren industriellen Herstellungsverfahrens eröffnen sich neue Produkte und Verfahren. Aktuell erfolgen mehrere Weiter-/Neuentwicklungen von Produkten in den verschiedenen Anwendungsgebieten. Die ersten Einsatzgebiete werden Einblasdämmung für schmale Hohlräume, Dämmputze und der Einsatz in der Kühlkettenlogistik als platzsparender effizienter Dämmstoff sein. Aufgrund seiner Offenporigkeit kann das neue Material auch sehr effizient als Trägermaterial für unpolare Flüssigkeiten wie Öle oder Wachse verwendet werden. In der Funktion als Trägermaterial kann Sumfoam außerdem gezielt Wirkstoffe/Agenzien binden, diese über einen langen Zeitraum wieder freisetzen und anschließend erneut aufnehmen.

Die Demonstration des Herstellungsverfahrens kann weltweit als Modell für alle Dämmstoffhersteller dienen, aber auch für die Hersteller von Produkten in weiteren Anwendungsbereichen wie der Kunststoffindustrie Nicht zuletzt können auch die traditionellen Anwender von Extraktionsverfahren mit überkritischem CO₂ durch die erreichten Erkenntnisse einen Nutzen generieren, wie z. B. die Naturstoffextraktion. Im Projekt wurden u. a. signifikante Fortschritte zur Steigerung der Energieeffizienz des Verfahrens erreicht, die nun auf die etablierten Prozesse übertragen werden können.