Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Hereon haben eine bahnbrechende Methode zur Herstellung eines neuartigen Magnesiumschaums entwickelt, der vollständig aus natürlichen marinen Rohstoffen besteht. Diese Innovation, die kürzlich im Fachjournal Discover Materials veröffentlicht wurde, verzichtet auf toxische Zusatzstoffe und nutzt stattdessen gemahlenes Austernschalenpulver als Treibmittel. Dies eröffnet neue Perspektiven für den Einsatz in der Automobilindustrie und anderen Bereichen, da der erzeugte Schaum nicht nur ultraleicht, sondern auch vollständig recycelbar ist.
Ein zentrales Problem in der Lebensmittelindustrie ist der große Abfall, der durch Austernschalen entsteht. Weltweit fallen immense Mengen dieser Schalen an, die oft deponiert oder in Gewässern entsorgt werden. Das Forschungsteam des Hereon-Instituts für Material- und Prozessdesign hat nun eine nachhaltige Lösung gefunden, indem es diese Schalen in einen wertvollen Rohstoff umwandelt. Durch einen innovativen Prozess werden die Austernschalen mit einer Magnesium-Calcium-Legierung im Schmelzofen verarbeitet. Dabei wird das Calciumcarbonat der Schalen bei hohen Temperaturen in Kohlendioxid (CO2) umgewandelt. Dieses Gas bleibt in der dickflüssigen Schmelze eingeschlossen und erzeugt die charakteristische Porenstruktur des Schaums, die nach dem Abkühlen entsteht. Das Besondere an diesem Material ist, dass das CO2 in den Poren des Schaums verbleibt, was zur Nachhaltigkeit des Produkts beiträgt.
Der neu entwickelte Magnesiumschaum fördert das Konzept einer geschlossenen Kreislaufwirtschaft, da alle Rohstoffe aus dem Meer stammen können. Das Muschelschalenpulver wird aus Austern gewonnen, die der Lebensmittelindustrie entnommen werden. Magnesium und Calcium entstehen als Nebenprodukte der Meerwasserentsalzung. Dr. Hajo Dieringa, ein Materialwissenschaftler am Hereon und Co-Autor der Studie, betont die Möglichkeit, dass der Werkstoff am Ende seiner Nutzungsdauer ins Meer zurückgeführt werden kann und sich dort auflösen würde. Dies wurde im Labor unter Verwendung künstlichen Meerwassers getestet, um die Verträglichkeit des Materials für marine Ökosysteme zu prüfen. Die chemischen Analysen des Küstenforschers Dr. Daniel Pröfrock zeigen, dass bei der Rückführung des Magnesiumschaums keine schädlichen Auswirkungen zu erwarten sind, da keine toxikologisch relevanten Metalle aus den Rohstoffen freigesetzt werden.
In der Praxis wird das Material jedoch vermutlich eher recycelt und als neue Magnesiumlegierung wiederverwendet. Die einzigartige Porenstruktur des Schaums verleiht ihm nicht nur Leichtigkeit, sondern auch hohe Elastizität, wodurch es in der Lage ist, große Mengen an Energie zu absorbieren. Diese Eigenschaften machen es besonders geeignet für Leichtbauteile in Fahrzeugen, die Schwingungen und Stöße dämpfen müssen, wie etwa in Knautschzonen. Dieringa hebt hervor, dass diese Entwicklung technologische Effizienz mit ökologischer Verantwortung vereint, besonders in Hinblick auf die Sicherheit der Rohstoffe für kritische Metalle wie Magnesium.
Die Forschung am Helmholtz-Zentrum Hereon zielt darauf ab, Lösungen für eine lebenswerte Zukunft zu entwickeln. Rund 1.000 Mitarbeiter arbeiten daran, neues Wissen zu generieren und Technologien zu erforschen, die Resilienz und Nachhaltigkeit fördern – zum Wohl des Klimas, der Küsten und der Menschheit. Der Innovationsprozess umfasst eine enge Zusammenarbeit zwischen experimentellen Studien, Modellierungen und dem Einsatz künstlicher Intelligenz. Dies ermöglicht es, komplexe Systeme besser zu verstehen und Szenarien für praxisnahe Anwendungen zu entwickeln.
In der Zukunft planen die Forscher weitere Versuche zur Schaumbildung mit anderen Legierungssystemen und die Integration von recycelten Kohlenstofffasern, um die Stabilität der Schmelze zu verbessern und die Porenstruktur zu optimieren. Auch die Anwendungsmöglichkeiten in anderen Bereichen wie dem Schiffsbau, der Luftfahrt oder der Entwicklung von Schutzkleidung sind vielversprechend, da hier ebenfalls geringes Gewicht und hohe Energieabsorption entscheidend sind.
Durch die Kombination von wissenschaftlicher Exzellenz und dem Streben nach einer nachhaltigen Zukunft setzt das Hereon Maßstäbe für innovative Lösungen im Materialbereich und trägt aktiv zur Gestaltung einer umweltfreundlichen Gesellschaft bei.
