Ausgangssituation
Aus Rohhäuten (Rind), die als Nebenprodukte der Lebensmittel- bzw. Lederindustrie anfallen, sollten kollagenbasierte Additive gewonnen werden, die bei der Herstellung von Holzwerkstoffen als Zuschlagstoffe in der Holzmatrix eingebettet werden und dort ihre VOC-fangende und gegebenenfalls klebstoffunterstützende Wirkung entfalten sollten. Der bisherige Kenntnisstand zur Reduzierung der aus Plattenwerkstoffen/Dämmstoffen austretenden VOC-Belastungen durch partielle Substitution von Nadelholzfasern durch chromfreie Lederfalzspäne sollte auf die Herstellung von OSB (Oriented Strands Boards) übertragen werden.
Projektziel
Im Fokus dieses Projektes stand die wirtschaftliche Herstellung von reaktiven, lagerstabilen, transportierbaren und dosierfähigen eiweißhaltigen Zuschlagstoffen durch geeignete Auswahl der Aufbereitungsverfahren. Außerdem sollte nachgewiesen werden, dass die Dosierung dieser Additive mit vertretbarem Aufwand in die bestehende Technologie der Plattenherstellung integriert werden kann. Die homogene Einbettung der kollagenen Zusätze in der Holzmatrix sollte zu einer deutlichen Reduzierung von VOC-Emissionen führen, ohne andere Gebrauchseigenschaften der Plattenwerkstoffe zu beeinträchtigen.
Mit dem Erreichen dieser Zielstellung könnten tierische Häute als Quelle der emissionsbindenden Proteine eingesetzt werden, und es ergäben sich mit der Aussicht auf eine alternative Nutzung dieses entsorgungsrelevanten Reststoffes zusätzlich positive wirtschaftliche Effekte und geschlossene Stoffkreisläufe.
Lösungsweg
Die Herstellung der kollagenbasierten Additive erfolgte in Analogie zur Rohhautaufbereitung vor dem Gerben. Es fanden die Prozesse des Waschens und Weichens, des Entfleischens und Äscherns sowie des anschließenden Entkälkens und Neutralisierens statt. Die so vorbereiteten Blößen wurden getrocknet und mehrstufig zerkleinert. Im Ergebnis lag ein lagerstabiler, dosierbarer Faserstoff vor. Um den Aufbereitungsaufwand zu reduzieren und den Einfluss des Keratins im Additiv zu ergründen, wurden auch Additive ohne Entfernung der Haare hergestellt. In diesem Fall wurden die gewaschenen und geweichten Rohhäute sofort getrocknet und zerkleinert. Der erhaltene Faserstoff wies ein starkes Verfilzen und starke Inhomogenitäten auf. Eine umfangreiche Analytik der Additive hat stattgefunden.
Die kollagenbasierten Faserstoffe wurden auf verschiedene Weise in die Plattenwerkstoffe eingearbeitet. Unterschieden wurde zwischen der trockenen Dosierung der Fasern in die OSB-Mittel- und Deckschichten und der durch Sprühen einer Faserstoffsuspension erreichten Beschichtung der OSB-Strands. Dafür erfolgte zuvor die Herstellung einer dickflüssigen Kollagensuspension aus den Faserstoffen.
Die Herstellung der OSB unter Additivzugabe erfolgte im Technikumsmaßstab mit anschließender Prüfung der Platten hinsichtlich ihres VOC-Emissionsverhaltens im Vergleich zu Referenzproben ohne Additivdosierung. Auch die physikalischen Eigenschaften (Querzugfestigkeit und Quellverhalten bei Wasserlagerung) der Platten waren von Interesse.
Die Vor- und Nachteile der durchgeführten Verarbeitungsprozesse wurden erkannt und daraus zahlreiche Ansätze zur Optimierung und zur Übertragung auf andere Holzwerkstoffe abgeleitet.
Ergebnisse | Nutzen
Es wurde im Rahmen der Studie erfolgreich nachgewiesen, dass aus Rinderhäuten proteinogene Additive hergestellt werden können, die, eingebettet in der Holzmatrix, eine werkstoffvergütende Wirkung in OSB entfalten. Es lassen sich die holzeigenen und bindemittelverursachten VOC-Emissionen der Platten auch unter noch nicht optimalen Versuchsbedingungen halbieren, wenn es gelingt, die Additive homogen zwischen den gestreuten Spänen zu verteilen und für die flüchtigen Verbindungen zugänglich zu machen. Damit lassen sich perspektivisch erhöhte Raumluftkonzentrationen verringern, VOC-Grenzwerte diverser Holzwerkstoffe unterschreiten und damit Gesundheitsbelastungen vermeiden. Es wurde tendenziell auch festgestellt, dass die Additivdosierung die physikalischen Platteneigenschaften (Querzugfestigkeit und Quellverhalten) nicht negativ beeinflusst, sondern auch eine klebunterstützende Wirkung der Proteinbestandteile entfaltet.
Mit der Verarbeitung von Rohhäuten als Reststoffe zu vergütenden Additiven gelingt eine besondere Wertschöpfung, die jedoch wegen der noch zu aufwendigen Aufbereitungs- und Konditionierungsverfahren bis zum lagerfähigen Faserstoff im Technikumsmaßstab nicht wirtschaftlich abgebildet werden konnte. Es wird eine Weiterführung der Untersuchungen angestrebt mit dem Ziel, streufähige Pulver oder Granulate energieeffizienter herzustellen. Eine gute Dosierbarkeit führt zu homogenen Additiverteilungen im VOC emittierenden Werkstoff, fördert die vollständige Ausnutzung des Bindungspotentials des Kollagens für die VOC-Abscheidung und senkt die Hürden für erforderliche technologische Änderungen der Plattenherstellungsprozesse bei den Industriepartnern.
Dank
Das Kooperationsprojekt 2222HV007A/B wurde über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) im Rahmen des Programms „Nachwachsende Rohstoffe“ vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Wir bedanken uns für die gewährte Unterstützung.
