Innovationspotenzial bioinspirierter Materialien in nachhaltige Wertschöpfung übersetzen

München, 3. Dezember 2019

Die Natur ist Impulsgeber und Inspirationsquelle für die Herstellung neuer Materialien. Ein Projekt von acatech, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wurde, beleuchtet das Innovationspotenzial biologisch inspirierter Materialien – von Chemie und Energie über Medizin und Robotik bis hin zu Kunst und Design. In einem heute veröffentlichten Diskussionspapier wird deutlich: Bioinspirierte Material- und Werkstoffe haben das Potenzial, den deutschen Forschungs- und Technologiestandort in den nächsten Jahren maßgeblich zu prägen. Es gilt die international sehr gute Position Deutschlands auf diesem Gebiet in industrielle Wertschöpfung umzusetzen.

Von Materialien, die sich perfekt an ihre Umgebung anpassen, über innovatives Design mit Faserstrukturen bis hin zu natürlichen Farbstoffen aus Zellulose: Wenn biologische Materialien, Syntheseprozesse und Systeme verstanden, modifiziert und technisch weiterentwickelt werden, eröffnen sie Raum für Innovationen und können zur Ressourcenschonung beitragen. Effizientere Materialsynthese und materialsparende Werkstoffproduktion, recycelbare oder biologisch abbaubare Produkte, intelligente, das heißt selbstreparierende und sich adaptierende Materialien, zum Beispiel für den medizinischen Bereich, verdeutlichen die breite Palette an Anwendungsmöglichkeiten.

acatech Mitglied und Projektleiter Peter Fratzl, Direktor am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung (MPIKG) erläutert: „Dass die Natur als Impulsgeber für technische Entwicklungen in Erscheinung tritt, ist nicht neu. Das Potenzial ist aber bei weitem nicht ausgeschöpft. In der Natur werden komplexe Strukturen auf effiziente Weise mit wenigen Bausteinen produziert, die über unterschiedliche Funktionen und Adaptionseigenschaften verfügen. Wenn wir diese natürlichen Mechanismen immer besser verstehen und technisch weiterentwickeln, können zum Beispiel Materialien entstehen, die bereits von Beginn an Informationen über die spätere Nutzung enthalten – wie zum Beispiel selbstheilender Beton.“

Gute Ausgangsposition der Grundlagenforschung nutzen

In der acatech DISKUSSION identifiziert das Projektteam um Peter Fratzl sechs mögliche Forschungsfelder, die es im Hinblick auf einen erfolgreichen Technologietransfer zu vertiefen lohnt – zum Beispiel „Neuartige aktive Eigenschaften von Materialien“ und „Materialien als Informationsspeicher“.

Mit einer gerade im akademischen Bereich exzellent aufgestellten Grundlagenforschung und ersten Anwendungen habe Deutschland, so Peter Fratzl, die Chance, seine gute internationale Position in der Material- und Werkstoffforschung auch künftig zu sichern und auszubauen. „Jetzt gilt es, die Grundlagenforschung mit der Anwendung stärker zu vernetzen“, so der Projektleiter.

Für acatech Präsident Dieter Spath zählt es nun, die gute Ausgangsposition bioinspirierter Materialforschung in nachhaltige Wertschöpfung zu übersetzen: „Dazu brauchen wir einerseits sogenannte ,Enabling Technologies` wie Digitalisierung, Automatisierung und neue Fertigungsprozesse wie zum Beispiel 3-D Druck, aber ebenso interdisziplinäre, branchenübergreifende und ganzheitliche Ansätze.“ Die im Diskussionspapier geschilderten Beispiele zeigten darüber hinaus, dass Materialien und Werkstoffe auch einen Beitrag zur Nachhaltigkeitsstrategie der Bundesregierung leisten können.

Über das Projekt

Gemäß des aktuellen Koalitionsvertrags soll die Nutzung von Prinzipien der Natur weiter vorangetrieben und im Rahmen einer ressortübergreifenden Agenda „Von der Biologie zur Innovation“ unter anderem auch zur Entwicklung neuer Werkstoffe und intelligenter, programmierbarer Materialien herangezogen werden.

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts InnoBioMat (Förderkennzeichen 13XP5083) wurde erstmals das Potenzial der Biologisierung, das heißt der Nutzung biologischer Ressourcen, Prinzipien und Verfahren in der Materialforschung und den Werkstoffwissenschaften systematisch untersucht. Ergebnis des Projekts ist das heute erschienene Diskussionspapier „Materialforschung: Impulsgeber Natur“.

Die acatech DISKUSSION zeigt die Möglichkeiten und Fortschritte biologisch inspirierter Materialien in den Bereichen Chemie, Additive Fertigung, Leichtbau, Robotik, Energie, Haften und Kleben, Medizin, intelligente Materialsysteme, Gestaltungsdisziplinen anhand von Beispielen auf. Der acatech DISKUSSION liegen Beiträge von internationalen Wissenschaftlern sowie Interviews von Vertreterinnen und Vertretern aus Unternehmen, Verbänden und Instituten zugrunde. Dass Deutschlands Grundlagenforschung in diesem Gebiet im internationalen Vergleich vorne mit dabei ist, wird in der Publikation an Auswertungen wie zum Beispiel der Anzahl der Zitationen deutlich.