chemie Einfach wisch und weg

Das alte Polymer namens Zellulose ist plötzlich wieder gefragt. Es hilft beim sanften Putzen, Saugen, Dämmen. Und lässt sich leichten Gewissens wegwerfen

Hektik um Elizabeth I. Schlipsträger und Weißkittel rennen vom einen zum anderen Ende der Maschine, die nur scheinbar nach einer britischen Königin benannt wurde, in Wahrheit aber nach der heimlichen Geliebten eines Ingenieurs. Elizabeth stockt. Dann spuckt sie ein paar Meter Zellstoffbahn aus. Dann wieder Stillstand. Gerenne, Notizen, Diskussionen.

Wieder mal wird im brandenburgischen Falkenhagen ein neues Produkt geboren. Noch ist streng geheim, was der Kunde aus dem papierartigen Material anfertigen wird, das hier getestet wird. Doch wenn alles gut geht, werden sich die Wettbewerber warm anziehen müssen. Kleiner Tipp: Filter.

Airlaid heißen die schneeweißen Bahnen, das Produkt der Firma Concert. So genanntes Halbzeug, das vom Kunden weiterverarbeitet wird. Beim Airlaid-Verfahren wird die flusige Zellulose nicht – wie zum Beispiel bei der Papierherstellung üblich – aus dem Wasserbad heraus verarbeitet, sondern trocken. Sie wird in einem Luftstrom abgelegt und dann weiter chemisch ausgerüstet. Der Vorteil: Diese Zellulose ist weicher als nass verarbeitete, dabei phänomenal saugfähig und reißfest. Außerdem hat sie ein hervorragendes „Rücknässungsverhalten“ – sie gibt einmal Aufgesaugtes ungern wieder her. Keine Concert-Werksbesichtigung ohne die Demonstration durch den Geschäftsführer: Always Ultra zerreißen, Cola draufschlabbern, Rückhaltepotenz demonstrieren.

Neu ist das Airlaid-Verfahren nicht. Putzlappen stellt man schon seit Jahrzehnten so her. Doch erst die steigende Nachfrage nach superdünnen Deobinden und hingehauchten Slipeinlagen machte Airlaid-Zellulose zu einem gefragten Vliesstoff. Die weltweit zu beobachtende Renaissance der guten alten Zellulose jedoch, die Tatsache, dass das Holzprodukt in Forschung und Industrie plötzlich auf großes Interesse stößt, hat aber noch andere Gründe: Zellulose ist biologisch abbaubar und ein nachwachsender Rohstoff. Vom Gerüstbaustoff der Pflanzen und Bäume entstehen jährlich hundert Milliarden Tonnen oder 13 Gramm pro Tag und Baum. Pro Jahr wächst global etwa ein Drittel der Masse heran, die uns an fossilen Rohstoffen insgesamt noch zur Verfügung steht. Das bedeutet für Concert-Geschäftsführer Christof Bruhn: „Man kann solche Produkte ohne Reue wegwerfen.“ Die Wisch-und-weg-Mentalität belastet immer weniger das Ökogewissen, was erheblich zum zweiten Frühling des alten Polymers Zellulose beiträgt.

Vom Trend profitiert die im Niemandsland an der Autobahn Hamburg–Berlin angesiedelte Tochter der gleichnamigen kanadischen Mutter. Allein das Segment Damenhygieneartikel wächst weltweit jährlich um fünf Prozent. Babywischtücher boomen ebenso wie Feuchttüchlein fürs Klo und für den Autofahrer unterwegs. Die Menschen werden immer älter, die Inkontinenzprobleme drängender – auch hier sind saugstarke, nicht auftragende Materialien gefragt. Die Mode, in Supermärkten Fleischer einzusparen und fertiges, „frisch verpacktes“ Fleisch anzubieten, bescherte den Zelluloseverarbeitern weitere Umsätze. Aus dem meist schon lange vorher im Schlachthof eingepackten Fleisch sickern Blut und Wasser. Das sieht unappetitlich aus. Plötzlich verlangte der Markt nach supersaugenden Fleischunterlagen.

In der Entwicklungsabteilung des Zelluloseverarbeiters sitzen Kreative und produzieren ständig neue Ideen, wozu ihr Zellstoff noch alles taugen könnte. Erstaunlich, wo überall gesaugt, gefiltert und gedämmt wird: Holzhäuser müssen abgedichtet werden; Zigarettenfilter – ein Riesenmarkt; Saatbänder mit eingesetzten Saatkörnern, die nur einmal gewässert werden müssten; Autohersteller, die heute schon Hutablagen aus Hanf bauen, könnten dafür Zellulose benutzen. Auch seifige Waschlappen oder cremige Watten warten schon „in der Pipeline“. Was aber das Wisch-und-weg-Herz am meisten freut: Ab 2003 kann man Produkte aus Falkenhagener Zellulose gleich nach Gebrauch ins Klo werfen. Bodenwischlappen und Einmal-Fenstertücher zerfallen im Wasser.

Altgediente Umweltfreunde mögen sich die Augen reiben: Zellulose hatte nämlich ein Imageproblem. Zum einen koste Zellulose Wälder. Zum anderen galt die Produktion von Zellulose und Zellulosederivaten (Filme, Lacke, Kleber) von alters her als großer Schweinkram. Unter Hitze und Druck müssen zunächst durch Zusatz etlicher Chemikalien Harze, Lignin und Eiweiße von der Zellulose getrennt werden. Dabei wird sehr viel Wasser verbraucht. Zur Bleichung benutzt man vielfach heute noch große Mengen an elementarem Chlor. Das Abwasser wurde mit Quecksilber aus der Chlorproduktion verunreinigt, und mit der Abluft entwichen giftige Schwefelwasserstoffe.

Seit 1864 mit der Produktion des ersten Kunststoffs Zelluloid die eigentliche Polymerchemie begann, wurde die Umweltbelastung noch schlimmer. Produktionsstätten der „Kunstseide“ Viskose fand man mit geschlossenen Augen – der Zellstoff wird mit Natronlauge und Schwefelkohlenstoff behandelt, um einen spinnbaren Brei zu erhalten. Der Faden entsteht schließlich in einem Schwefelsäurebad. Eine höllische Prozedur – es stank furchtbar nach faulen Eiern.

Doch Zellulose lässt sich mittlerweile sauberer herstellen und verarbeiten, das vielseitige Biopolymer verliert langsam, aber sicher sein schlechtes Ökoimage. So müssen der gefräßigen Zelluloseindustrie nicht mehr notwendig wertvolle Urwälder zum Opfer fallen. Schnell wachsende Pappeln werden heute beinahe agrarisch angebaut. Im Treibhausklima der US-Südstaaten wachsen Kiefern auf Plantagen dreimal so schnell wie in nördlichen Regionen. Große europäische Produzenten wie die österreichische Lenzing AG, Weltmarktführer bei textilen Zellulosefasern, bleichen die von Natur aus bräunliche Zellulose seit 1991 mit Ozon.

Die immer noch verwendeten Chemikalien bleiben überwiegend in einem geschlossenen Kreislauf, es mieft nur noch bei Inversionswetterlage. Und auch zur Viskoseproduktion gibt es mittlerweile eine umweltschonende Alternative: das Lyocellverfahren. Die Lyocellfaser wird direkt und umweltschonend aus der Zelluloselösung versponnen. Modeschöpfer loben Fall, Glanz und Standing der nachwachsenden Kunstfaser Lyocell. Und das Fraunhofer-Institut für angewandte Polymerforschung in Golm entdeckte jüngst noch einen weiteren hübschen Anwendungsbereich von Lyocell: Mittels einer Ringdüse lassen sich kostengünstig Wurstpellen herstellen – mit maßgeschneiderten Eigenschaften, versteht sich.

Den Bewohnern des thüringischen Schwarza bei Jena ist der Geruch nach faulen Eiern dagegen wohl heute noch in der Nase. Die Thüringische Zellwolle AG war einer der ersten Viskosehersteller überhaupt; bis zur Wende wurde hier unter den Bedingungen des DDR-Umweltschutzes das Ost-Nylon produziert. West-Ökostandard war nicht zu erreichen – 1996 wurde die Produktion eingestellt. Damit schien die hundertjährige Zellulosetradition am Ende zu sein. Doch „auferstanden aus Zellulose-Ruinen“, wie die Mitarbeiter juxen, ist am Standort ein Zentrum der angewandten Zelluloseforschung: das Thüringische Institut für Textil- und Kunststoffforschung e. V.

Die 140 Mitarbeiter des TITK entwickeln neue, „intelligente“ Produkte auf Zellulosebasis, zum Beispiel piezoelektrische Fasern und Formkörper, die sich unter elektrischer Spannung verformen. In den Steg eines Tennisschlägers eingebaut, könnten solche Bauteile die Aufprallenergie zwischenspeichern und wieder abgeben. Solche Fasern sollen auch zur Schwingungsdämpfung genutzt werden. Als aktive Gegenschwinger würden sie beim Flugzeugbau helfen, Lärm zu reduzieren.

Doch selbst im angestammten Arbeitsbereich der Zellulose, beim Saugen, gibt es Fortschritte. So genannte Superabsorber sind Granulate, die normalerweise in den Zellulosevlies eingebracht werden, um auf Saugleistungen von mehreren Litern pro Quadratmeter zu kommen. In Schwarza wird das Absorbermaterial pulverisiert und gleich in die Polymerlösung eingerührt. So erhält man eine superabsorbierende Faser, möglicherweise interessant für Produzenten von Funktionstextilien. Und einen cleveren Teebeutel haben die TITK-Forscher auch schon entwickelt: In die Zellulose eingebrachte Ionentauscher ersetzen die unförmigen Wasserfilter in der Küche daheim. Sie machen aus schlechtem Trinkwasser hervorragendes Teewasser. Fehlt nur noch ein Kunde.

Zellulose, so hat es den Anschein, ist neuerdings sexy. Dieter Klemm, in Jena Professor für Naturstoffchemie und Polysaccharide, formuliert kaum zurückhaltender: „Zellulose ist faszinierend.“ Jena liegt praktisch in Riechweite der stinkenden Schlammhalden des verblichenen Thüringischen Zellulosekombinats und ist mittlerweile ein international beachtetes Zentrum der Zelluloseforschung. Selbst in der Bild-Zeitung kam Jena schon vor: Zellulose-Fasern als Adern, titelte das Blatt im Januar 1999.

Nach der Wende war dem Professor für organische Chemie aufgefallen, dass es seit 25 Jahren keine wissenschaftliche Literatur mehr zur Zellulose gegeben hatte. „Die zahlreichen Verfahren, in denen Zellulose eine Rolle spielt, liefen empirisch weiter. Eine wissenschaftliche Begleitung fehlte.“ Die industriell eingesetzten Materialien auf Basis von Zellulose beruhten allesamt auf der Grundlagenforschung der zwanziger Jahre. Zellulose galt in der Wissenschaft als altes und langweiliges Polymer; die Musik spielte bei den synthetischen Polymeren.

Der bekennende Biopolymer-Liebhaber beschloss, zunächst einmal alles aufzuschreiben, was man über Zellulose wusste. Comprehensive Cellulose Chemistry heißt sein 1995 erschienenes zweibändiges Standardwerk. 1996 war ein für die Zelluloseforschung wichtiges Jahr: Einem japanischen Wissenschaftler gelang die Synthese von Zellulose durch direkte Polymerisation von Glukosemolekülen. Und Klemm gelang es, ein sechsjähriges DFG-Schwerpunktprogramm zu den avanciertesten Fragen der Zelluloseforschung zu initiieren: „Cellulose und Cellulosederivate – molekulares und supramolekulares Strukturdesign“. Resultat: Der Aufbau der Zelluloseketten ist heute weitgehend erforscht, und es gelingt immer häufiger, Zellulosederivate mit neuen Eigenschaften herzustellen.

Ein Bereich, der unmittelbar von der Zellulose-Grundlagenforschung profitiert, ist die Medizin. Hier hat sich Zellulose als wundverträgliches Abdeckmittel in der Veterinärmedizin schon bewährt. Die brasilianische Firma Biofill bietet „künstliche Haut“ an und hält ihre „Zellulosepflaster“ sogar bei großflächigen Wundabdeckungen für geeignet.

Sowohl für die Grundlagenforschung als auch schon in manchen Anwendungen vielversprechend sind Versuche mit Zellulose ausscheidenden Bakterien. Acetobacter xylinum zum Beispiel bildet das Polymer aus Glukose oder Fruktose. Die „Bakterienzellulose“ ist ein sehr reines, flexibles und bioverträgliches Material. Daraus lassen sich Implantate für die Chirurgie herstellen, etwa künstliche Adern. Basyc (bakteriell synthetisierte Cellulose)nennen die Jenaer das Material. Das Herstellungsverfahren ist patentiert, Mitarbeiter haben ein kleines Unternehmen gegründet, um die Idee vermarkten zu können. Nach Versuchen an Ratten und Schweinen scheint erwiesen, dass Basyc vom Körper besser angenommen wird als herkömmliche Teflon-Adern. Das Thromboserisiko verringert sich.

Die Erfolge der Jenaer Forscher sind den einschlägig tätigen Industrieunternehmen nicht verborgen geblieben. Fünf dieser Unternehmen haben sich jetzt zusammengetan, Geld gesammelt und eine Anschubfinanzierung zustande gebracht. Seit Oktober 2002 hat die Uni Jena das erste deutsche Kompetenzzentrum Polysaccharidforschung. „Das Zellulosemolekül ist ein Geschenk der Natur an die Chemiker“, hat der Jenaer Zellulose-Professor Klemm einmal geschrieben. Mit der Meinung steht er nicht mehr allein da.

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