Entwicklung eines biopolymerbasierten Hydraulikfluids mit pflanzlichen Korrosionsschutzadditiven – BioHydra

© Fraunhofer IVV

Projektlaufzeit: 1.12.2016 bis 30.11.2019

Projektträger / Zuwendungsgeber:
Fachagentur für nachwachsende Rohstoffe e. V. / Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft BMEL-FNR (Förderprogramm Nachwachsende Rohstoffe)

 

Hydraulikfluid basierend auf nachwachsenden Rohstoffen

Die zunehmende Sensibilisierung von Politik und Gesellschaft für Nachhaltigkeit und Umweltthemen führt zu einem Umdenken vieler Unternehmen und einer Fokussierung der Forschung auf biologisch abbaubare, umweltfreundliche Produkte. Die heute in der technischen Anwendung weitverbreiteten Mineralölhydrauliksysteme weisen einige ernstzunehmende Schwächen auf. Hauptproblem ist die Verschmutzung der Umwelt durch unvermeidbare Verluste und Systemschäden. Hinzu kommen eine hohe Brandgefahr, unsichere und unsaubere Arbeitsbedingungen sowie hohe Anschaffungs- und Entsorgungskosten. Gerade in den Bereichen mobiler Hydrauliksysteme (Forst- oder Landwirtschaft, Bauwesen, Schifffahrt) besteht angesichts des hohen Drucks, der ausgedehnten Rohrleitungen sowie der großen Menge an Flüssigkeit besonderes Gefährdungspotenzial für die Umwelt.

Wasser als umweltfreundliches Hydraulikmedium

Die Klarwasserhydraulik ist der Vorläufer der Mineralölhydraulik, denn bis zu Beginn des 20. Jahrhundert basierten alle hydraulischen Systeme auf reinem Wasser als Druckmedium. Wasser als Hydraulikflüssigkeit ist im Gegensatz zu Ölen kostengünstig, umweltfreundlich, nicht brennbar, gut verfügbar und leicht zu entsorgen. Allerdings ist der Einsatzbereich von reinem Wasser aufgrund der geringen Viskosität, schlechten Schmiereigenschaften und Korrositvität stark eingeschränkt, weshalb sich Mineralöle in vielen Bereichen der Technik durchgesetzt haben.

Biopolymere als Verdickungsmittel

Am Fraunhofer IVV soll im Rahmen des Forschungsprojektes „BioHydra“ ein neuartiges Hydraulikfluid entwickelt werden, dessen Wasseranteil bei mindestens 90 % liegt. Die Einstellung der nötigen Viskosität und Grundschmierung der Flüssigkeit erfolgt über kohlenhydratbasierte Biopolymere, welche vollständig aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden können. Die modifizierten Kohlenhydrate bieten aufgrund ihrer hervorragenden Verdickungseigenschaften und mikrobiologischen Stabilität einen vielversprechenden Ansatz für die Entwicklung eines alternativen Hydraulikfluids. Zu Beginn des Forschungsprojekts sollen verschiedene Wasser-Biopolymerlösungen mit Hilfe eines Screenings hinsichtlich ihrer thermischen und physikalischen Stabilität, tribologischen Eigenschaften und Langzeitstabilität überprüft werden.

Pflanzliche Korrosionsschutzadditive für ein biobasiertes Hydraulikfluid

In den nachfolgenden Schritten erfolgt die Entwicklung eines Additivs auf Basis von Pflanzenextrakten unterschiedlichen Ursprungs. Da das Hydraulikmedium zu einem Großteil aus Wasser besteht, steht bei der Entwicklung der Korrosionsschutz im Vordergrund. Die untersuchten Pflanzenextrakte bestehen zu großen Teilen aus sekundären Pflanzenstoffen (SPS), welche aufgrund ihrer chemischen Struktur ein hohes antikorrosives Potential aufweisen und konventionelle Korrosionsschutzadditive ersetzen sollen. Die Additiventwicklung unterteilt sich in mehrere Teilschritte, dazu gehören die Identifizierung von synergistischen Effekten zwischen einzelnen Stoffgruppen, die Bestimmung von Wechselwirkungen zwischen Additiven und den eingesetzten Biopolymeren, die Stabilisierung der Pflanzenextrakte in der Hydraulikflüssigkeit und die Ermittlung des Langzeitverhaltens unter praxisnahen Bedingungen. In der Entwicklung von polymeren Schmiermitteln sowie der Gewinnung und dem Einsatz von sekundären Pflanzenstoffen aus verschiedensten pflanzlichen Rohstoffen verfügt das Fraunhofer IVV über umfangreiche Kenntnisse und eine langjährige Erfahrung. So wurde das Institut für die Entwicklung eines polymeren Kühlschmierstoffs mit dem "Deutschen Rohstoffeffizienzpreis“ sowie dem "Joseph-von-Fraunhofer-Preis" (2012) ausgezeichnet. Die gesammelten Erfahrungen sowohl mit sekundären Pflanzenmetaboliten als auch in der Entwicklung von Schmierstoffen lassen sich im Forschungsprojekt „BioHydra“ in idealer Weise kombinieren.