Die Entwicklung eines Papierwerkstoffs mit erhöhter Stabilität und Belastbarkeit, der als Ersatz für gegenwärtig aus Kunststoff oder Holz gefertigte Produkte dienen kann, ist das Ergebnis der Forschungsarbeit an der Dualen Hochschule Baden-Württemberg (DHBW) Karlsruhe. Dieser neuartige Faserverbundwerkstoff, PLAFCO (Plastic Free Paper Composite), entstand im Rahmen von Forschungsprojekten, die vor über zehn Jahren initiiert wurden.
Hintergrund der Entwicklung ist die Notwendigkeit, funktionale Alternativen zu Kunststoffen zu finden, deren Herstellung aus fossilen Rohstoffen und deren Entsorgung erhebliche ökologische Probleme verursachen. Gesucht werden Werkstoffe, die technische Leistungsfähigkeit mit Umweltverträglichkeit kombinieren. PLAFCO adressiert diese Herausforderung. Nach der Entwicklung der Grundlagen, der Sicherung eines Patents und der Auszeichnung mit dem Innovationspreis NEO2020 sowie dem Aufbau einer Pilotanlage, werden die Forschungsaktivitäten im Projekt Bio-Lam fortgesetzt, das ab 2026 die Entwicklung nachhaltiger, biobasierter Laminate auf PLAFCO-Basis zum Ziel hat.
Die Erforschung von PLAFCO begann im Jahr 2013 im Rahmen des EU-Forschungsprojekts COMPAC. Bis 2016 wurden die technologischen Grundlagen für den Werkstoff erarbeitet und ein Patent angemeldet. Ziel war die Modifikation von Papier zur Herstellung eines stabilen und belastbaren Verbundmaterials.
Die Herstellung von PLAFCO basiert auf der chemischen Behandlung von Papier. Dabei wird ein Teil der Zellulose an der Faseroberfläche angelöst, was eine veränderte Faserbindung ermöglicht und zu einer signifikant erhöhten Festigkeit des Materials führt, während dessen papierähnliche Eigenschaften erhalten bleiben. Prof. Dr. Jukka Valkama, Studiengangsleiter Sustainable Science and Technology – Papiertechnologie / Verpackungstechnologie an der DHBW Karlsruhe, erläutert, dass das Ziel ein biologisch abbaubares Faserverbundmaterial aus pflanzlichen Bestandteilen war, welches erreicht wurde. Die Ergebnisse der Forschung führten zur Entwicklung von Prototypen für verschiedene Anwendungen, darunter Verpackungen für Hygienepapiere, Trinkbehälter, Trinkhalme, Besteck und weitere Einwegartikel.
Ein bedeutender Meilenstein war die Verleihung des Innovationspreises NEO2020 durch die TechnologieRegion Karlsruhe, mit dem das von Valkama sowie Mitarbeitenden und Studierenden der DHBW Karlsruhe entwickelte Material im Themenfeld Bioökonomie ausgezeichnet wurde. Die Jury würdigte insbesondere das Potenzial von PLAFCO als Ersatz für kunststoffbasierte Verpackungen und Einwegprodukte.
Im Jahr 2024 wurde das Forschungsprojekt „Pilotanlage für PLAFCO“ der DHBW Karlsruhe im Rahmen der DATIpilot-Roadshow „Innovation on Stage“ für die Förderung ausgewählt. In Zusammenarbeit mit der Junitec GmbH, die für Konstruktion und Bau verantwortlich zeichnete, wurde eine Pilotanlage errichtet und getestet. Innerhalb von etwa elf Monaten wurde ein „Proof of Product“ erbracht, der die Herstellung von PLAFCO nicht nur im Labormaßstab, sondern auch in technischem Maßstab ermöglichte.
Die Entwicklung von PLAFCO wird im Rahmen des Invest-BW-Projekts Bio-Lam, das von 2026 bis 2028 läuft, fortgesetzt. Ziel ist die Entwicklung nachhaltiger, biobasierter Laminate mit Flächengewichten von 1000 bis 3000 Gramm pro Quadratmeter auf Basis von PLAFCO und umweltverträglichen Bindemitteln. Diese sollen als Ersatz für stärkere Kunststoff- oder Holzprodukte dienen, wie beispielsweise Eisstiele, Kaffeerührstäbchen oder dünne Holzplatten in Möbeln.
Eine zentrale Forschungsfrage betrifft die Auswahl des Bindemittels, das sowohl biologisch abbaubar sein als auch die erforderliche Festigkeit für die jeweilige Anwendung gewährleisten muss. Valkama beschreibt die Herausforderung darin, Nachhaltigkeit und Funktionalität zu vereinen, da biologische Abbaubarkeit oft mit geringerer Stabilität einhergeht, während hohe Stabilität durch nicht-nachhaltige Komponenten erreicht werden kann. Das Projekt Bio-Lam strebt eine Lösung an, die ein leistungsfähiges, biobasiertes Material mit einem komplementären Bindemittel verbindet.
Die Entwicklung von PLAFCO demonstriert die Überführung einer Forschungsidee in eine materielle Innovation durch mehrere Entwicklungsphasen. Nach Grundlagenforschung, Patentierung, Auszeichnungen und dem Aufbau einer Pilotanlage steht die weitere Skalierung und die Entwicklung neuer Anwendungen im Fokus. Das Projekt Bio-Lam führt diesen Prozess fort, indem es die Herstellung leistungsfähiger und nachhaltiger Laminate aus dem zellulosebasierten PLAFCO-Material erforscht.