FUCHS forscht schon heute an den Lösungen für morgen
Die technischen sowie regulatorischen Anforderungen an Schmierstoffe, wie z. B. die REACH-Gesetzgebung, werden weiter zunehmen. Daraus folgt ein wachsender Bedarf an Hochleistungsschmierstoffen mit zunehmender Produktspezialisierung und -individualisierung.
So verlangen neue Hochleistungswerkstoffe und -Materialien, wie Kunststoffe, beschichtete Materialien oder Titan- und Aluminiumlegierungen, die in der Raumfahrt- und Medizintechnik Anwendung finden, nach innovativen Bearbeitungsflüssigkeiten mit neuen Eigenschaften. Im Bereich Automotive sind die immer leistungsstärkeren Motoren eine größere Belastung der Getriebe und stellen höhere Anforderungen an das eingesetzte Öl. Die zentralen Herausforderungen der Branche – Leichtbau, Kraftstoffeinsparungen sowie die Zunahme von Elektromotoren bzw. die Elektrifizierung der Antriebsstränge – erfordern innovative Betriebsflüssigkeiten und Fette.
Auch die Dringlichkeit gesellschafts- und umweltrelevanter Themen, wie der Klimawandel oder die Ressourcenverknappung, verlangen nach neuen Lösungenansätzen innerhalb der Wertschöpfung. Zentrale Stichworte sind CO2-Reduktion, Energieeffizienz, Fuel Efficiency, regenerative Ressourcen und Recycling. FUCHS stellt sich diesen Herausforderungen.
FUCHS forscht intensiv zusammen mit zahlreichen Partnern
Mittelkettige Fettsäuren werden in zahlreichen Produkten von FUCHS eingesetzt: Ester auf dieser Basis stehen für gute Kälte- und Alterungseigenschaften und punkten mit ihrer „Naturnähe“ – das heißt, ihr Einsatz trägt auch zu einer kostengünstigen Produktion bei. Der Nachteil: Europäische, nachhaltige Quellen für diese speziellen Fettsäuren sind rar. Heute werden Capron-, Capryl- und Caprinsäure (die sogenannten Ziegenöle, von lat. Capra = Ziege) vor allem aus Palmkernöl gewonnen, das aus den Tropen importiert wird. Deshalb zögerte FUCHS nicht, sich an dem vom Bundesforschungsministerium finanzierten Projekt „Bio-basierte Capron- und Caprylsäure – Herstellung, Aufreinigung, Vermarktungsstrategie – CapAcidy“ zu beteiligen, das Mitte 2019 erfolgreich abgeschlossen wurde.
Mit dem mit 10.000 Euro dotierten Biogas-Innovationspreis 2019 wurden die Forscherinnen Maria Braune vom Deutschen Biomasseforschungszentrum und Dr. Heike Sträuber vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung für das von ihnen entwickelte Verfahren ausgezeichnet, mit dem sich aus dem Gärsubstrat von Biogasanlagen mittelkettige Fettsäuren herstellen lassen. Eine echte Win-win-Situation: Auf der einen Seite erhalten die Anlagenbetreiber neue Abnehmer und können ihre Produkte besser vermarkten, auf der anderen Seite kann die chemische Industrie regionale, nachwachsende Rohstoffe für ihre Fertigung einsetzen. Nach Abschluss des Projekts testet FUCHS als Industriepartner nun die Einsatzmöglichkeiten im Unternehmen, wobei vor allem die Weiterentwicklung des technischen Verfahrens, aber auch eine Spezifizierung der generierten Fettsäuren im Fokus stehen.
Verschleiß und Energieverbrauch von Maschinen steigen drastisch an, wenn sie nicht optimal geschmiert werden. Bei vielen Anwendungen ist eine ideale Schmierung jedoch gar nicht möglich, beispielsweise bei freilaufenden Motorradketten oder landwirtschaftlichen Maschinen. Bei den zwölf Partnern des 2015 gestarteten Projekts „Charakterisierung von effizienzoptimierten Schicht-Schmierungssystemen (CHEOPS3)“, das durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert wurde, stand eine konsequente Reibungsreduktion im Fokus, um die Energie- und Ressourceneffizienz von unterschiedlichen Antrieben zu verbessern – auch im Bereich Elektromobilität. FUCHS konnte hier mithilfe von neu entwickelten wasserhaltigen Fluiden eine deutlich niedrigere Reibung bei verschiedenen Anwendungen erreichen und so zum Erfolg des Projekts beitragen. Nach Abschluss des Forschungsvorhabens Ende Oktober 2019 testet FUCHS diese komplett neue Technologie mit seinen Kunden, um herauszufinden, welche technischen Voraussetzungen für einen Einsatz von wasserhaltigen Schmierstoffen bei der Produktion von Antrieben nötig und sinnvoll sind.
Bei CHEOPS3 setzten FUCHS und seine Partner auf die Erfahrungen aus den vorangegangenen PEGASUS-Projekten. Die 2009 gestarteten Verbundforschungsvorhaben hatten ebenfalls das Ziel, die Energieeffizienz im Pkw-Antriebsstrang (Motor, Getriebe, Lager) zu steigern und durch die Erforschung von Werkstoff- und Schmierstofflösungen, Einsparungen beim Treibstoffverbrauch zu fördern.
Neun Prozent des weltweiten Energiekonsums könnten mithilfe von Supraschmierung eingespart werden – allein in Deutschland rund eine Terawattstunde pro Jahr. In den Sektoren Verkehr und Industrie, die hierzulande für ein Drittel des Energieverbrauchs verantwortlich sind, könnte sich der CO2-Ausstoß um 370.000 Tonnen reduzieren.
Supraschmierung bedeutet, dass einzelne Bauteile nahezu reibungsfrei aufeinander gleiten; für die Fachleute: Der Reibkoeffizient liegt unter 0,01. Im Verbrennungsmotor ist sie aus heutiger Sicht allerdings kaum realisierbar, da hier, durch einen sogenannten Maskierungseffekt, einzelne notwendige Wirkstoffe des Motoröls unter bestimmten Bedingungen den Wirkmechanismus blockieren. Daher sind andere Anwendungsgebiete interessant, etwa Antriebsketten, Elektro-Achsgetriebe oder Lager.
Mit der Nutzbarmachung für diese und viele weitere Felder beschäftigt sich das Projekt CHEPHREN, in dem sich Partner aus Forschung und Industrie zusammengeschlossen haben, darunter die TU München, BMW sowie die Fraunhofer-Institute für Werkstoff- und Strahlentechnik und für Werkstoffmechanik. Das Vorhaben wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK).
Aufgabe von FUCHS ist es, Schmierstoffe, Grundfluide und Additivtechnologie in Hinsicht auf reibungsreduzierende Wirkung im Kontakt mit unterschiedlichen Schichtsystemen und tribologisch beanspruchten Kunststoffen zu optimieren und zu entwickeln.
Die Forschungspartner planen zudem Datenbanken, um künftig die Lebensdauer von technischen Systemen genauer vorhersagen zu können. So sollen universelle Ansätze entstehen, mit denen sich die Supraschmierung zügig in die Praxis übertragen lässt.
Verdickungs- und Bindemittel sind für die Herstellung von modernen Schmierstoffen unabdingbar – allerdings kommen hier in der Regel erdölbasierte Produkte zum Einsatz. Seit Oktober 2017 forscht FUCHS nun mit drei Partnern aus der Chemie- und Biotechnologie an einer umweltverträglicheren Alternative. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Fördermaßnahme „Maßgeschneiderte biobasierte Inhaltsstoffe für eine wettbewerbsfähige Bioökonomie (PHAt)“ unterstützte Projekt setzt dabei auf „Polyhydroxyalkanoate“ (PHA) – Biopolymere, die biologisch abbaubar sind. Produziert werden unterschiedliche PHA durch einige Bakterienarten im Rahmen ihres Energiestoffwechsels. Die Herausforderung des PHAt-Projekts ist es nun, die gewonnenen Polymere chemisch zu modifizieren, ihre Verdickungs- und Vernetzungseigenschaften zu optimieren und in verschiedenen Applikationen zu testen. Das Ziel bis zum Ende des Projekts Ende September 2020: die Integration der neuen Rohstoffe in geeignete Schmierstoffe für unterschiedliche Anwendungen - vom Traktor bis zum Windrad.
Das Projekt „Pegasus“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie ist ein 2009 gestartetes Verbundforschungsprojekt zur Steigerung der Energieeffizienz im Pkw-Antriebsstrang (Motor, Getriebe, Lager). Zehn Unternehmen und Institute arbeiten an der Erforschung von Werkstoff- und Schmierstofflösungen, die Einsparungen beim Treibstoffverbrauch fördern.
Die Forschungsallianz „Technofunktionelle Proteine“ des BMBF erforscht die Struktur-Funktions-Beziehungen von Pflanzenproteinen, die nicht für die Lebens- und Futtermittelproduktion geeignet sind. Das Vorhaben widmet sich der Verwendung modifizierter Proteine als Additive im Rahmen der Schmierstoffherstellung. Derartige Proteine können aus landwirtschaftlichen Reststoffen gewonnen werden. Das Projekt befindet sich in der zweiten Förderphase (2017 bis 2020).
In der Industrie wie auch im Alltag fallen täglich riesige Mengen an kohlenstoffreichen Restströmen an. Das in ihnen schlummernde Potenzial wird bislang kaum stofflich genutzt. Dabei sind Reststoffe wie Haushalts- und Gewerbeabfälle, Klärschlämme oder industrielle Abwässer vielversprechende Quellen für die Herstellung biobasierter Grundstoffe für die chemische Industrie. Zu diesen kohlenstoffreichen Abfällen gehört auch Altfett, das in Restaurants und Imbissbuden in großen Mengen zu finden ist. Das Frittierfett biotechnologisch so zu veredeln, dass daraus neue hochwertige Rohstoffe für Schmierstoffe entstehen, war Ziel eines Teilprojekts im Rahmen der strategischen Allianz „Zero Carbon Footprint“ (ZeroCarbFP). Altspeisefett erwies sich für FUCHS als besonders interessant, da es weitgehend noch die natürlichen Fette und Öle enthält, aus denen es hergestellt wurde. In dem Zwingenberger Biotechnologie-Unternehmen BRAIN AG fand der Schmierstoff-Spezialist einen Partner, um auf sanfte Weise die im Frittierfett enthaltenen Substanzen zu selektieren und zu veredeln. Auf diese Weise wurden einige für FUCHS sehr vielversprechende Moleküle identifiziert, die als Rohstoff für eine wichtige Produktgruppe ins Auge gefasst wurden. In der dritten Phase des Projekts ZeroCarbFP, die im Februar 2020 begann, steht nun die Herstellung der Zielmoleküle in großen Mengen auf der Agenda. ZeroCarbFP wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.
