Chitinbasierte Leiterplatten und neue Rohstoffquellen – Linus Stegbauer

00:00:05: Linus Steckbauer, nach Forschungsaufenthalt in Chicago sind sie nach Stuttgart gekommen und haben dort als Dozent für chemie-bio inspirierter Materiaien gearbeitet.

00:00:16: Inzwischen sind sie berufen als Juniorprofessor an die Fakultät für Werkstoffwissenschaften und Werkstofftechnologie in Freiberg.

00:00:25: Aber hier in Stuttgard haben Sie teilgenommen am großen Projekt Chitin Fluid.

00:00:31: Ist wirklich dieser Stoff Chitine?

00:00:33: Ja

00:00:34: Was ist da dran so reizvoll?

00:00:36: Ja, wenn wir jetzt schauen, wo kommt dieser Stoff Chitin her.

00:00:39: Einerseits haben wir einen großen Teil von Wasserorganismen die Chitine produzieren.

00:00:45: Typischerweise Trappen, Hummer, Krebse, Garnelen, die produzieren alle Chitinen.

00:00:53: das heißt also Chitins ein sehr häufig vorkommender Rohstoff oder Biopolymer, was auf der Welt existiert.

00:01:00: Wenn man es genau nimmt, der zweit- oder drithäufigste Biopolymeer, das existiert... Ja und wir benutzen nur wenn wir uns als Menschheit sehen Wir benutzen das häufigste Biopolymer.

00:01:11: Das benutzen wir schon.

00:01:12: ja, dass ist typischerweise zunächst als Biopolymär das Collagen, das was woraus wir auch sind oder woraus wie auch unser Fleisch, das Fleisch was wir essen, das alles isst ja?

00:01:22: Das ist das häufigeste.

00:01:24: und wenn sie dann Die Unterkategorie als Polysaccharide sehen, was auch Biopolymere sind.

00:01:28: Dann haben sie dort die Zellulose und die Zellenlose kennen Sie alle?

00:01:32: Das ist das Holz aus dem wir hier bauen.

00:01:34: D.h.,

00:01:34: zellulosen nutzen wir schon seit Jahrhunderten, Jahrtausenden als Wertstoff für verschiedene Artigste Anwendungen in Materialwissenschaften.

00:01:42: Aber dass Chitin also das, was gleich danach kommt benutzen wir nicht.

00:01:47: Ganz, ganz rudimentär... Chitosan stellen wir her aus Chitin, das ist aber nur ein kleiner Anteil und es wird für Chrosmetik-Anwendungen beispielsweise eingesetzt.

00:01:56: Aber das ist ganz kleines Prozentsatz zu dem Vergleich zu Kunststoffen ja?

00:02:00: Und das große Problem war ja warum benutzen wir das nicht?

00:02:04: dass weil Chitín halt auf keine Art und Weise einfach verarbeitbar ist beispielsweise zu Wertstoffen oder auch zu Pharmazeutika oder wo auch immer wir hin möchten für moderne Anwendungen.

00:02:17: Das war eigentlich der Knackpunkt, der dafür gesorgt hat, dass wir das noch nicht haben.

00:02:21: Wir können beispielsweise auch nicht einfach Fasern aus Chitin spinnen, woraus wir dann Textilien machen.

00:02:26: Es ist nicht einfach möglich durch uns zu arbeiten.

00:02:29: Gibt es sind da Grundlagen gesetzt, dass man das machen könnte?

00:02:33: Aber es ist jetzt am Ende noch nicht möglich, das so einfach zu machen.

00:02:38: Ja, und deswegen ist Chitin einfach sehr reizvoll.

00:02:41: Insbesondere weil wir in dem Projekt ja die ganze Bandbreite aufspannen wollten von der Grundlage, von der Biologie, vom Ingrid Weiß... Von den Chitinen halt den Rohstoffen, wo ich auch mitgearbeitet habe, den ganzen Weg bis zu den Baustoffen oder Architektur kommen.

00:02:56: Und das macht das Projekt auch so einzigartig!

00:02:59: Meines Wissens nach in Deutschland in dieser Kombination noch nicht aufgekommen Und ich denke auch, dass es ein wesentlicher Grund war warum wir die Förderung erfahren haben.

00:03:09: Dass wir so viele Bereiche abdecken konnten.

00:03:12: Ich denke auch heute in der Wissenschaft geht's eigentlich nur noch so, dass man über den Tellerrand guckt oder?

00:03:18: Ja da würde ich Ihnen auf jeden Fall beipflichten.

00:03:21: Über den Telleraand gucken ist ganz wichtig.

00:03:22: Interdisziplinär arbeiten einfach weil man als Wissenschaftler dann auch die Fragestellungen großen Herausforderungen von anderen Disziplinen überhaupt mitkriegt.

00:03:33: Es ist aber natürlich auch eine Entwicklung, die auch sehr wichtig ist, dass wir eine fortsetzende Spezialisierung haben.

00:03:40: Ich gebe da ein Beispiel – das ist ja auch bei der Universität Stuttgart – die Quantenmaterialien sind so eine Art Materialien, die sich fortsetzen und spezialisierter werden.

00:03:51: Sie haben da natürlich auch jetzt erste Anwendungen wie die Quantencomputer, aber die übergreifende Ausrichtung dieser Materialien ist noch nicht da.

00:03:59: Das ist so ein Beispiel dafür wo das Spezialisation aber auch wesentlich sein muss damit wir überhaupt davorankommen können.

00:04:06: Aber andere Richtungen wie bei dem Chitin.

00:04:08: es ist wesentlich dass wir breit werden und interdisziplinär kommunizieren damit wir Hand in Hand zur Anwendung tragen können.

00:04:16: Wie lief die Zusammenarbeit mit den anderen Instituten?

00:04:19: Wir hatten Chitin extrahiert aus verschiedenen Organismen und diese verschiedenen Chitiner hatten wir bereitgestellt, dem Professor Gisselmann der daraus dann fluidisierte Chitinfasen herstellen konnte.

00:04:31: Das war auch eine Alleinstellungsmerkmal da diese verschiedenen chitinen nicht kommerziell erhältlich sind.

00:04:38: das heißt sie hatten nur wir Ja, und im zweiten Schritt haben wir auch Chitosan- und Flachsfasern zu einem Material verarbeiten können mit der Hanada Hi.

00:04:48: Mit dem Hintergrund dass wir daraus mechanisch belastbare Verbundwärtsstoffe entwickeln wollten ja die nur auf nachwachsenden Rohstoffen basiert.

00:04:57: Durchaus sehr stark schon anwendungsorientiert.

00:05:00: aber bevor es so weit ist musste man erst mal das Material erkunden.

00:05:04: Meine Gruppe war da zweisatig aufgestellt.

00:05:06: Einerseits haben wir uns mit den Rohstoffen beschäftigt, das heißt beispielsweise mit Grappenschalen oder mit Insekten-Puppenpanzern also das heißt von den Jungtieren die Panzer und haben daraus Chitin und Chitosan gewonnen.

00:05:20: Chitosan ist schon eine aus Chitin gewonnene Komponente, die schon technisch anwenden und findet im kleinen Maßstab in fünfzigtausend Tonnen Maßstaben ungefähr.

00:05:28: Da haben wir uns diese beiden Organismen ausgesucht weil das heißt die Krabbenpanzer von so kleinen Garnelen und von Insekten der schwarzen Soldatenfliege, weil diese beiden ein Beispiel dafür sind wo es noch keine Verfahren gibt um Chitinen zu extrahieren aus diesen Geweben.

00:05:45: Das haben wir erfolgreich gemacht und konnten dann auch Chitin daraus gewinnen.

00:05:50: Und wir haben zusätzlich auch noch eine weitere Ausgangsbasis gesucht, das ist der schwarze Schimmelpilz.

00:05:56: Der schwarzes Schimmelpilz wird biotechnologisch benutzt um Zitronensäure herzustellen.

00:06:02: Dieser schwarzen Schimmelfilz enthält auch Chittin und diese Chittinen haben wir als Rohstoff extrahieren können.

00:06:08: Also sozusagen die zweiten Nutzung aus einem schon bereits existierenden technologischen Prozess?

00:06:14: Der technologische Prozess hielt darauf ab, die Zitronensäure zu gewinnen.

00:06:18: Die dann jetzt verschiedenste Anwendungen hat wie z.B.

00:06:21: den Kyker-Tubs für die Kaffeemaschine da sind und diese Biomasse, die auch entsteht aus dem schwarzen Schimmelpilz.

00:06:28: Diese Biomasse ist bisher als Tierfutter verwendet worden und hat deswegen keine höherwertigere Anwendung bisher gehabt.

00:06:36: Und jetzt hoffen wir uns dadurch beispielsweise ja eine höherwertige Anwendungsanstreben zu können!

00:06:43: Mitunter wurden ja in der Vergangenheit Sachen erfunden, die sich erst als ganz toll erwiesen und dann kam irgendwann so am Ende das Böse erwachen.

00:06:53: Also man weiß eigentlich nicht mehr wie man bestimmte Kunststoffe wieder los wird, die jetzt so als Mikromusik-Sachen im Weltmeer herumschwimmen.

00:07:01: Denkt man sowas schon mit oder ist es doch erstmal nur?

00:07:05: ne, jetzt müssen wir hier erstmal ran und Klarheit kriegen?

00:07:08: Ja, das ist auch eine wichtige Frage.

00:07:10: Da würde ich sagen, es gibt einen Hintergrund das eine wesentliche Komponente um zu verstehen ob Dinge biologisch abbaubar sind.

00:07:17: Das heißt also in natürlichen Kreisläufe zurückgeführt werden können wenn sie am Ende ihrer technischen Lebensdauer sind ist ob diese Gegenstände diese Materialien eine chemische Modifizierung erfahren haben.

00:07:30: was ist eine chemliche Modifizin?

00:07:32: Das ist typischerweise eine Änderung der Bindungen in diesem Material der chemischen Bindung, der kovalenten Bindungen.

00:07:40: Sie wissen wenn sie Zellulose ... Wenn sie holzbasierte Produkte haben die unbehandelt sind dann verrotten die.

00:07:47: Wenn sie jetzt aber die Zellulosse nehmen und beispielsweise behandeln, chemisch verändern.

00:07:54: Ein Kohlenstoffatome fügen sie pro Wiederholeinheit hinzu Dann gibt es keine Organismen mehr Enzyme letzten Endes die diese Zelluloase verdauen können und kleiner machen können.

00:08:06: Und deswegen ist der Ansatz von meiner Gruppe, der es im Chitinfluid-Projekt mit dabei, dass ich Ausstrahungsstoffe, Rohstoffe so behandle nur physikalisch behandle.

00:08:17: Dass sie noch biologisch abbaubar bleiben.

00:08:19: bei dem Ausstahungsrohstoff der Biomasse des schwarzen Schimmelpilzes den haben wir es chemisch nicht behandelt, sondern wir haben ihn nur physikalisch behandelt durch Temperaturbehandeln und durch Zugabe von Wasser.

00:08:30: Der ist noch komplett biologisch abbaubar.

00:08:33: Und wir haben das auch im Labor nachbilden können diesen Prozess und erfüllt den Norm der biologischen Abbaubartite.

00:08:40: Ja, und haben gesagt, wir müssen auch Wertstoffe schaffen die biologische Abbaupartite in drin sich höhlts wahrscheinlich erfüllen.

00:08:49: Wir können Chitin benutzen, zum Beispiel vielleicht in Zukunft als Ersatz bei Leiterplatten.

00:08:55: Ja von der Biomasse des schwarzen Schimmelpilzes.

00:08:58: wir haben diese Biomassem genommen aus der Zitronensäure herstellung und konnten dann in mehreren Schritten diese Biomasse so aufbereiten dass wir ein Material erhalten konnten was ähnliche Eigenschaften wie eine Leiterblatte aufgewiesen hat von den mechanischen Einschaften und von den thermischen Einschaften her und im folgelschritt konnten aufbringen.

00:09:21: Auf dieses Leiterblattensubstrat, eine einfache Schaltung haben wir dann zunächst aufgedruckt.

00:09:26: im typischen Fall der Leiterplatten herstellen würde es über ein anderes Verfahren laufen aber wir wollten nur zeigen dass das funktioniert.

00:09:32: und es hat funktioniert dass wir da drauf eine Schaltung auftruten konnten die auch eine Funktion aufgewiesen hat nachdem sie bestückt worden ist mit elektronischem Bauteilen.

00:09:41: Das ging ziemlich gut.

00:09:43: Es ging so gut, dass wir jetzt auch im folgelschritt versuchen diese Entwicklung dahin zu tragen, das wir die industriellen Prozesse der Leiterplattenetzungen überdragen möchten auf dieses neue Leiterblattematerial.

00:09:57: Da wünsche ich Ihnen viel Erfolg und auch neue Ideen für weitere Forschung!

00:10:02: Vielen Dank Linus Stiegbauer!

00:10:04: Ja vielen dank auch für das Interview.