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Forschungsinitiativen


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 Lösungsansätzen 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

Analyse des gesamten Produkt-Lebenszyklus bewertet zum ersten Mal ökologische und wirtschaftliche Aspekte von Hydraulikflüssigkeiten ganzheitlich

Gemeinsam mit der globalen BASF-Geschäftseinheit Fuel and Lubricant Solutions hat FUCHS eine Öko-Effizienz-Analyse (EEA) für verschiedene mineralölbasierte Hydraulikflüssigkeiten durchgeführt.

Im Gegensatz zum derzeit vorherrschenden Ansatz wurde erstmals die Bewertung mit einem "cradle-to-grave"-Ansatz durchgeführt. Bei diesem wurden die ökologischen und ökonomischen Aspekte der betrachteten Hydrauliköle über ihren gesamten Lebenszyklus von der Rohstoffbeschaffung über die Produktion, die Nutzungsphase und die Entsorgung hinweg bewertet.

Rund um den Einsatz in einem Raupenbagger konnte dabei gezeigt werden, dass bei Verwendung einer Premium-HLP-Flüssigkeit (Hochleistungs-Mehrbereichshydrauliköl) die Umweltbelastung geringer und die Gesamtkosten niedriger im Vergleich zu einer Standard-HLP-Flüssigkeit (Einbereichshydrauliköl) waren.

Der Vorteil beruht hauptsächlich auf einer verbesserten Dieselkraftstoff-Effizienz während der gesamten Nutzungsphase. Diese wird in erster Linie durch einen verbesserten volumetrischen Wirkungsgrad des Fluids, geringere Reibung und ein niedrigeres Massenumlaufverhältnis der Flüssigkeit erzielt. Die verbesserte Kraftstoffeffizienz wurde damit hauptsächlich durch den höheren Flüssigkeitswirkungsgrad des jeweiligen fertig formulierten Mehrbereichs-Hydrauliköles ermöglicht.

Bei den untersuchten Flüssigkeiten handelte es sich ausschließlich um Hydraulikflüssigkeiten unterschiedlicher Qualitätsstufen auf Mineralölbasis. Weitere positive Auswirkungen auf die EEA können bei der Verwendung von biologisch abbaubaren Hydraulikflüssigkeiten auf Esterbasis (HEES) erwartet werden. Von solchen Flüssigkeiten ist bekannt, dass sie von Natur aus hoch scherstabile VIs besitzen und darüber hinaus zu einer geringeren Reibung im Vergleich zu Standardflüssigkeiten auf Mineralölbasis führen. Ein weiterer Vorteil für die Umwelt ist ihre biologische Abbaubarkeit. Untersuchungen mit solchen Flüssigkeiten auf Esterbasis könnten ein nächster Schritt sein.

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. 

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.

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 beginnt, steht nun die Herstellung der Zielmoleküle in großen Mengen auf der Agenda. ZeroCarbFP wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.

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).

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.

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