Papier und Karton gehören in die blaue Tonne. Die Deutschen sammeln und trennen ihren Müll vorbildlich. Rund 80 Prozent des Altpapiers wird recycelt. Papiertüten und Papierverpackungen werden zunehmend verwendet. Es sind oftmals nassfeste und wasserabweisende Papiere, die eine gewisse Reißfestigkeit garantieren, wenn die Milch dann doch mal ausläuft. Diese sogenannten Verbundpapiere aber bereiten den Recyclinghöfen Probleme. Entweder ist ihnen Kunststoff beigemischt oder sie sind mit Plastikfolie bezogen. Die Folge: Das Papier, das Plastikprodukte eigentlich umweltverträglich ersetzen soll, kann nicht sortenrein aussortiert werden, landet auf dem Müll und wird letztendlich verbrannt. Das Start-up-Projekt CeraSleeve® an der TU Darmstadt schafft jetzt mit einer völlig neuen Technologie Abhilfe.
Die promovierte Chemikerin Nicole Rath und der promovierte Chemiker Mathias Stanzel arbeiten daran, sogenannte nassfeste und wasserabweisende Papiere recyclingfähig herzustellen. „Mit unserer patentierten und kreislauffähigen Materialinnovation CeraSleeve® können wir Papier mit einer leicht verfügbaren, kostengünstigen und völlig unbedenklichen Substanz wasserabweisend und nassfest machen“, so Stanzel. CeraSleeve® ist ein Beschichtungsverfahren, das Silica verwendet, vereinfacht gesagt: Sand. „Wir statten das Papier mit einer hauchdünnen Silicaschicht aus und ersetzen so die fossilen Rohstoffe, aus denen die herkömmlichen Nassfestmittel und Polyethylenfolien produziert werden“, erläutert Rath. Das so hergestellte Papier ist nachgewiesenermaßen recyclingfähig; die Cellulosefasern können vollständig zurückgewonnen werden. Der Clou: Jede Papiersorte kann durch CeraSleeve® veredelt werden.
Das Projekt fand seinen Anfang in der Doktorarbeit von Nicole Rath. Dafür forschte sie im Labor von Prof. Dr. Annette Andrieu-Brunsen und Prof. Dr. Markus Biesalski vom Institut für Makromolekulare Chemie der TU Darmstadt. Rath wollte eine stabile Membran aus Silica herstellen. Dabei entdeckte sie einen Nebeneffekt, mit dem sie nicht gerechnet hatte: Das Papier, das sie mit Silica beschichtete, wurde wasserabweisend. Eine Materialinnovation war geboren. Rath gewann ihren Studienkollegen und Mitdoktoranden Mathias Stanzel für weitere Untersuchungen. Die Kolleg:innen vom Institut für Papierfabrikation und Mechanische Verfahrenstechnik an der TU Darmstadt stehen transdisziplinär mit Rat und Tat zur Seite. Der Pioneer-Fund der Universität ermöglichte Stanzel, die Forschungsarbeiten an der Silica-Papierbeschichtung fortzusetzen. Er fand heraus: „Die Methode funktioniert bei allen Cellulosestoffen, aus denen Papier ja hergestellt wird – egal ob lange Fasern, kurze Fasern, aber auch Baumwolle.“ Damit war auch klar: Diese Innovation hat weltweit großes Marktpotenzial.
Vielfältig einsetzbar
Pappteller, Papiertüten, Trinkhalme und -becher bis hin zu Hygienepapier: die Beschichtung CeraSleeve® kann für vielfältige Papierprodukte nassfeste und wasserabweisende Lösungen anbieten, die nachhaltig und kreislauffähig sind. Aus dieser Idee machten Rath und Stanzel ein Gründungsprojekt. Das Innovations- und Gründungszentrum HIGHEST der TU Darmstadt bestärkte die Forschenden in ihrer Geschäftsidee und berät die beiden seither. Prof. Dr. Annette Andrieu-Brunsen und Prof. Dr. Markus Biesalski betreuen das Ausgründungsprojekt: „CeraSleeve® hat das Potenzial, durch die Verbindung von Expertise im Bereich Papier, im Bereich Sol-Gel-Chemie und der neuen Nutzung von Analytikmethoden ganz neue Materialeigenschaften und damit ganz neue Produkte zu schaffen“, davon sind Andrieu-Brunsen und Biesalski überzeugt. Die Materialinnovation sei nachhaltiger als herkömmliche Verbundpapiere, könne dabei aber mit aktuellen Produkteigenschaften mithalten. „CeraSleeve® ist ein Beispiel dafür, wie anfänglich vermeintliche Probleme im Labor durch systematische Analyse und übergreifendes Denken zu einer Erfolgsstory werden können.“
Mit ihrem Projekt CeraSleeve® erreichten Rath und Stanzel 2021 beim TU-Ideenwettbewerb den zweiten Platz. Um eine Anschlussfinanzierung zu sichern, holten sie den Betriebswirtschaftler Augustin Coreth mit an Bord. Er kümmert sich um Businessplan, Unternehmensstrategie, Vertrieb und Marketing. Gemeinsam warb das Team vor kurzem 1,13 Millionen Euro Fördermittel vom EXIST-Forschungstransferprogramm der Bundesregierung ein. Es ist eine der größten Fördersummen, die ein Forschungsteam der TU Darmstadt je erhalten hat und ermöglicht, aus CeraSleeve® ein Geschäftsmodell zu machen.
Ziel des Gründungsteams ist es, mit CeraSleeve® ein Plug-and-Play-Produkt anzubieten. Dass das Team mit seiner Idee richtig liegt, belegt die große Resonanz, die es für sein Produkt erfährt. „Mehrere große Papierhersteller haben bereits großes Interesse daran, unsere Technologie in ihrer Produktion einzusetzen“, so Nicole Rath. Die Papierhersteller stehen unter Druck. Zunehmend mehr Abnehmer bestehen auf nachhaltig produziertem und recyclingfähigem Papier. Deshalb arbeiten die drei derzeit mit Hochdruck daran, ihre Silica-Lösung zu skalieren.
Bild oben: CeraSleeve® – Pioniere der naturbasierten Papierveredelung: Dr. Nicole Rath, Augustin Coreth, MBA und Dr. Mathias Stanzel (v.r.). Foto: TU Darmstadt/Heike Jüngst
Text: Heike Jüngst
