Multifunktionale Additive auf Basis von sekundären Pflanzenstoffen für Schmierstoffanwendungen

Jährlich werden in Deutschland rund 1 Mio. t Schmierstoffe (Hydraulikfluide, Getriebeöle, Motorenöle, Metallbearbeitungsflüssigkeiten) verbraucht. Generell dominieren dabei erdölbasierte Schmierstoffe. In den letzten Jahren konnte allerdings ein Trend hin zur Entwicklung von biobasierten und bioabbaubaren Schmierstoffen beobachtet werden, welche derzeit einen Anteil von rund 3,5 % des Marktes ausmachen.

Die bisherigen Entwicklungsarbeiten beruhten jedoch ausschließlich auf der Entwicklung von biobasierten Basisfluiden (z. B. Pflanzenöle, Biopolymere). Um bestimmte Schmierstoffeigenschaften (z. B. Schutz vor Oxidation, Korrosion und Verschleiß) einzustellen, müssen verschiedene Additive zugegeben werden, die im Gegensatz zu den Basismedien weiterhin auf Basis fossiler Rohstoffe hergestellt werden. Für die Entwicklung von biobasierten Schmierstoffen muss deshalb ein Schwerpunkt auf die Herstellung biobasierter Additive gelegt werden.

Sekundäre Pflanzenstoffe als biobasierte Additive

Das Fraunhofer IVV verfügt über langjährige Erfahrungen und umfangreiche Kenntnisse auf dem Gebiet der Rückgewinnung von Proteinen, Ballaststoffen und sekundären Pflanzenstoffen aus verschiedenen Rohstoffen. In mehreren Forschungsprojekten wurden Extraktionsmethoden zur Herstellung von Polyphenol-reichen Extrakten mit verschiedenen Lösungsmitteln entwickelt und im Labormaßstab sowie technischen Maßstab etabliert. Neben der Entwicklung effizienter und neuartiger Extraktionsprozesse liegt der Schwerpunkt der IVV-Projekte auf der Anwendung von sekundären Pflanzenmetaboliten (insbesondere Antioxidantien) in Produktformulierungen (z. B. Kosmetika und Schmierstoffe). Zur Gewinnung sekundärer Pflanzenstoffe stehen alle benötigten Prozessanlagen am IVV zur Verfügung. Neben der Vorbehandlung von Rohstoffen (z. B. Mahlen, Sieben) stehen Batch-Extraktionsaggregate für organische Lösungsmittel und wässrige Systeme bis zu Extraktionsvolumina von 2 m³ zur Verfügung. Zusätzlich besitzt das IVV die notwendigen analytischen Methoden zur Charakterisierung von Extrakten und der Funktionalität von sekundären Pflanzenmetaboliten.

Entwicklung multifunktioneller pflanzlicher Schmierstoffadditive

Das Gesamtziel des MAPLub-Projektes ist die Entwicklung neuer multifunktioneller Schmierstoffadditive, die auf pflanzlichen Rohstoffen basieren. Dafür werden sekundäre Pflanzenstoffe (SPS) aus Reststoffen gewonnen, die für ihre hohe Funktionalität bekannt sind. Zur Funktionalitätserhöhung werden sie mittels chemisch-enzymatischen Verfahren modifiziert. Dadurch können biobasierte Additive mit multifunktioneller Wirkung (antioxidativ, antikorrosiv, verschleißschützend) hergestellt werden.

In einem ersten Schritt werden SPS-reiche funktionelle Extrakte hergestellt, die anschließend durch chemisch-enzymatische Molekülsynthese zu multifunktionellen Additiven umgesetzt werden. Da Schmierstoffe in der Regel unpolar sind, sollen die synthetisierten SPS-Moleküle in einem weiteren Schritt lipophilisiert werden, um eine Lösung in hydrophoben Medien zu gewährleisten.

Die wissenschaftliche Herausforderung des Vorhabens liegt v.a. in der chemo-enzymatischen Kombination und verstärkten Nutzung der SPS-Einzelfunktionalitäten. Die ökonomische Bedeutung liegt darin, dass erstmals biobasierte Additive mit multifunktioneller Wirkung verfügbar sind. Dadurch kann eine völlig neue Schmierstoffgeneration auf den Markt gebracht werden, die vollständig aus nachwachsenden Rohstoffen besteht, sowohl im Bereich Basismedium als auch bei den Additiven.

Sekundäre Pflanzenstoffe aus Reststoffen der Agrar- und Lebensmittelindustrie

Die Aufgabe des Fraunhofer IVV ist die extraktive Gewinnung und Aufreinigung von sekundären Pflanzenstoffen (SPS) aus Rückständen der Agrar- und Lebensmittelindustrie. Obwohl unterschiedliche Roh- und Reststoffe für die Extraktion von sekundären Pflanzenstoffen eingesetzt werden, gibt es oft große Ähnlichkeiten hinsichtlich enthaltener Molekülklassen (z.B. Polyphenole). Deshalb werden in diesem Projekt effiziente Extraktionsverfahren mit organischen Lösungsmitteln entwickelt, mit denen es möglich ist, aus unterschiedlichen Rohstoffen in einem Extraktionsschritt relevante Zielmoleküle zu gewinnen.

Um geeignete Extraktzusammensetzungen für die anschließende Molekülsynthese zu finden, müssen Störstoffe abgetrennt werden. Dafür werden geeignete Aufreinigungsverfahren untersucht, die auf die nachfolgende Molekülsynthese bzw. Anwendung in Schmierstoffen abgestimmt sind. Parallel werden geeignete Strategien zur Abtrennung von Extraktionslösungsmitteln entwickelt.

Abschließend wird die Formulierung und Stabilisierung der neuen SPS-Additive in unterschiedlichen unpolaren Basisfluiden untersucht. Dabei gilt es v.a., mögliche Wechselwirkungen der neu entwickelten Additive mit anderen Schmierstoffbestandteilen zu charakterisieren, um praxistaugliche Additivsysteme identifizieren zu können.