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Neue Beschichtung soll Glasflaschen deutlich leichter machen
Leichter, ohne schneller zu zerbrechen: Eine neuartige Beschichtung könnte den Materialbedarf von Glasflaschen deutlich verringern. In Versuchsreihen haben die Entwickler nach eigenen Angaben bereits 15 Prozent Gewichtsersparnis erreicht. Langfristig halten sie sogar 40 Prozent für denkbar. Doch die Fertigung in industriellem Maßstab steht noch aus.
Würzburg (Deutschland). Ob Getränkeflasche oder Konservenglas: Verpackungsglas schützt seinen Inhalt und lässt sich wiederverwenden oder recyceln. Doch das hohe Gewicht kostet bei der Herstellung Rohstoffe und Energie und erhöht den Aufwand bei Transport und Abfüllung. Dünnere Glaswände könnten diese Belastung verringern. Allerdings müssen auch leichtere Behälter Stöße, Innendruck und die Belastungen der Abfüllanlagen aushalten.
Dabei entscheidet nicht allein die Wandstärke darüber, ob Glas zerbricht. Schon winzige Kratzer und Mikrorisse in der Oberfläche können sich unter Belastung ausbreiten und den Bruch auslösen. Deshalb werden Flaschen bereits heute häufig mit Oberflächenschichten versehen, die sie unter anderem vor Abrieb schützen und ihre Gleiteigenschaften verbessern.
Nun arbeitet das Unternehmen EXXOSQEL gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (ISC) an einer zusätzlichen Möglichkeit: Eine neuartige Beschichtung soll Mikrorisse gezielt überbrücken. Erste Versuche an Glasbehältern deuten darauf hin, dass sich auf diese Weise auch dünnwandigere Verpackungen mechanisch stabilisieren lassen.
Der Ansatz nutzt ein Material aus mehreren chemischen Komponenten, das sich nach dem Auftragen zu einem dreidimensionalen Netzwerk verbindet. Nach Angaben der Entwickler bildet die Beschichtung dabei kovalente, also feste chemische Bindungen im Bereich der winzigen Oberflächendefekte. Die Brücken sollen verhindern, dass sich vorhandene Risse bei einer Belastung so leicht weiter ausdehnen.
Das Verfahren setzt damit an einem anderen Punkt an als eine bloße Verringerung der Reibung zwischen den Flaschen. Die vorhandenen Beschädigungen werden nicht in ursprüngliches Glas zurückverwandelt, ihre Wirkung als Ausgangspunkt eines Bruchs soll jedoch abgeschwächt werden. Welche Materialbestandteile dafür genau eingesetzt werden, geht aus der veröffentlichten Projektmitteilung nicht hervor.
In Druck- und Schlagprüfungen haben laut der gemeinsamen Mitteilung nahezu alle untersuchten Glasbehältertypen eine höhere Belastung ausgehalten. Einige Gefäße zerbrachen selbst dann nicht, als die Prüfgeräte ihre jeweilige maximale Belastung erreichten. Diese lag bei Schlagversuchen bei 10 Joule und bei Druckversuchen bei 40 bar. Die Werte bezeichnen Grenzen der eingesetzten Apparaturen, nicht eine allgemeingültige Belastbarkeit aller beschichteten Flaschen.
Entscheidend für den möglichen Ressourceneffekt ist ein weiteres Ergebnis: In Versuchsreihen konnten die Entwickler das Gewicht der Glasbehälter bereits um 15 Prozent senken. Eine Einsparung von bis zu 40 Prozent ist dagegen bislang ein technisches Ziel. Dafür müsste es gelingen, die dünneren Glaswände schon während der heißen Formgebung zuverlässig und mit gleichbleibender Qualität herzustellen.
Weniger Glas pro Flasche würde den Rohstoffbedarf und möglicherweise auch den Energieverbrauch beim Schmelzen und Transport senken. Wie groß der tatsächliche Klimaeffekt wäre, lässt sich aus den bisher veröffentlichten Daten aber nicht bestimmen. Dazu müssten auch die Produktion und Haltbarkeit der neuen Beschichtung sowie die gesamte Nutzung der Behälter berücksichtigt werden.
Noch wird die Beschichtungslösung im Labormaßstab hergestellt. Für 2027 planen die Partner den Aufbau eines Technikums, in dem größere Mengen produziert und die Auftragungsverfahren weiterentwickelt werden sollen. Das Fraunhofer ISC verfügt bereits über Erfahrungen mit der Hochskalierung von Beschichtungsmaterialien, unter anderem mit Synthesen in Ansätzen bis zu 100 Litern. Ob sich die neue Rezeptur ebenso verarbeiten lässt, soll erst die nächste Entwicklungsphase ze