Bionischer Bio-Ventilator von Ziehl-Abegg: Besser in jeder Hinsicht

Vorstandsvorsitzender Peter Fenkl präsentiert den neuen bionischen Bio-Ventilator, mit dem Ziehl-Abegg Trendsetter beim Einsatz von Bio-Polyamiden ist. (Foto: Ziehl-Abegg / Achim Köpf)

Bio-Ventilator - Front

Bio-Ventilator - Ausschnitt

Tabelle 1

•    Signifikante CO2-Einsparung in der Herstellung
•    Geringere Geräuschentwicklung
•    Reduzierter Stromverbrauch im laufenden Betrieb
•    Bessere Belastbarkeit, Temperaturbeständigkeit, Langzeitbeständigkeit und mechanische Eigenschaften

„Mit diesen Ventilatoren können wir der Umwelt jedes Jahr Tausende von Tonnen CO2 einsparen“, sagt Vorstandsvorsitzender Peter Fenkl. Sein Unternehmen Ziehl-Abegg stellt jetzt einen bionischen Bio-Ventilator vor. Der neue Ventilator besteht aus Bio-Polyamiden, die auf Rizinusöl basieren. Neben der CO2-Einsparung gibt es Verbesserungen bei der Belastbarkeit, der Temperatur- und der Langzeitbeständigkeit sowie den mechanischen Eigenschaften. Da in die Flügelgeometrie Erkenntnisse aus der Bionik eingearbeitet sind, ist der Ventilator auch leiser und effizienter – reduziert im laufenden Betrieb also Stromkosten und Geräuschemissionen.

Eingesetzt wird die Neuentwicklung beispielsweise in der Kältetechnik (Kühlkette für Lebensmittel bis zum Supermarkt), in Heizungen, Wärmepumpen und zur Elektronikkühlung (Rechenzentren, Schaltschrankkühlung, Umrichterkühlung). Zum nachhaltigen Ansatz passt, dass der Ventilator zu 100 Prozent recycelbar ist. Obwohl der CO2-Fußabdruck deutlich minimiert wird, gibt es Vorteile für Geräteplaner: Der Ventilator hat eine höhere chemische Beständigkeit, weist eine bessere Kälteschlagzähigkeit auf und ist heißwasser- sowie dampfbeständiger.

Vor 20 Jahren war „fairer“ Kaffee nur etwas für Exoten, jetzt schauen immer mehr Menschen hinter Werbebotschaften, Transportwege und Herstellungsprozesse. Daher kann der bionische Bio-Ventilator Vorbildcharakter haben – auch wenn der Preis derzeit höher ist als für Erdölprodukte. Da die Geräteleistungsdaten und die Abmessungen mit herkömmlichen Ventilatoren identisch sind, gibt es keine technischen Hemmnisse – jedoch muss der Markt für dieses Produkt und dessen positive Umwelteigenschaften sensibilisiert werden.

Technisch birgt der bionische Bio-Ventilator neben dem Nutzen für die Umwelt mehrere Vorteile: wie etwa im Gegensatz zu Erdölprodukten eine sehr geringe Wasseraufnahme und eine deutlich längere Lebensdauer sowie eine verbesserte Chemikalienbeständigkeit. „Ziehl-Abegg als Trendsetter in der Ventilatorenentwicklung ist daher auch bei der Verwendung von Bio-Polymeren Vorreiter“, sagt Vorstandsvorsitzender Fenkl.

1. Bionik (Geringes Geräusch und niedriger Energieverbrauch)

Die Entwickler von Ziehl-Abegg haben sich zahlreiche Tiere angeschaut, deren Körper für Wasser- oder Luftströmung optimiert sind. Fündig geworden sind die Ingenieure beim leisesten Raubvogel – der Eule.

Warum ist die Eule überhaupt so leise? Die Eulen jagen nachts, wenn die Sichtverhältnisse sehr schlecht sind. Deshalb orten Eulen die Beute mit dem Gehör. Und das funktioniert nur, wenn die Tiere extrem leise fliegen. Wie geht das? Beispielsweise wiegt eine Schleiereule fast genauso viel wie eine Taube. Die Flügel  sind allerdings um einiges größer und stärker gewölbt. Das bringt dem Vogel sehr viel mehr Auftrieb bei niedrigeren Geschwindigkeiten. Tauben müssen dagegen sehr stark mit den Flügeln schlagen, wodurch sie von weitem hörbar sind. Weiter gibt es Fransen am Ende der Eulenflügel. Dadurch treffen die Luftströmungen der Flügelober- und Unterseiten an der Hinterkante der Flügel sanfter – und somit leiser –  aufeinander. Daher ist die Hinterkante des Ventilatorflügels gezackt.

Doch nicht nur bei der Eule haben die Entwickler des Unternehmens genau hingeschaut: Geier, Adler und Störche stellen einzelne Federn auf – dadurch lösen sich an jeder Federspitze kleine Randwirbel ab, was den Widerstand des Flügels reduziert. Zu sehen ist dies auch bei Flugzeugen, bei denen die Tragflächen neuerdings einen kleinen Knick (Winglet) am Ende haben – bei Ziehl-Abegg sind die Eulen-Ventilatorenflügel seit Jahren mit einem Knick am Rand ausgestattet.

Die Komposition mehrerer bionischer Merkmale in einem Ventilator senkt zudem den Energieverbrauch im laufenden Betrieb.

2. Biomaterial im Ventilator (CO2-Vermeidung bei der Herstellung)

Nachwachsende Rohstoffe tragen durch Substitution fossiler Rohstoffe zur Minderung von CO2-Emissionen bei. Der Ventilatorflügel besteht zu mehr als 60% aus dem nachwachsenden Rohstoff Sebazinsäure, welcher aus dem Öl der Rizinuspflanze gewonnen wird.

Rizinusöl, wissenschaftlich auch Ricinusöl (CAS-Nr. 08001-79-4), ist ein Pflanzenöl, das aus den Samen des tropischen Wunderbaums (Ricinus communis), eines Wolfsmilchgewächses, gewonnen wird. Es ist ein Triglycerid und wird in der Pharmazie auch Oleum Ricini s. Castoris, Oleum Ricini virginale und Kastoröl genannt (im englischen Sprachraum castor oil, aber auch ricinus oil oder oil of Palma Christi).

In den gemäßigten Klimazonen wächst die Pflanze als einjährige krautige Pflanze, in den Tropen als mehrjährige Pflanze. Die Pflanze ist schnellwüchsig und wird unter idealen Bedingungen innerhalb von drei bis vier Monaten bis zu fünf Meter hoch. In tropischem Klima erreicht sie nach mehreren Jahren Wuchshöhen von bis zu 13 Metern und bildet einen verholzten Stamm. In saisonalen Klimaten stirbt die Pflanze jedes Jahr oberirdisch ab und treibt dann bei entsprechender Sonneneinstrahlung wieder neu aus.

Der Wunderbaum wächst auch in einem semiariden Klima (von lateinisch aridus = trocken, dürr), kann also durchaus Dürre ertragen. Das wichtigste Produzentenland für Rizinusöl ist Indien, das mit jährlich 750.000 Tonnen etwa 60 Prozent zur Weltproduktion beisteuert. Weitere wichtige Produzentenländer sind die Volksrepublik China und Brasilien.

Rizinusöl wird durch Anbau auf nährstoffarmen Böden gewonnen und steht damit hinsichtlich der erforderlichen Anbaufläche nicht im Wettbewerb mit der Nahrungsmittel-Produktion. Der Wunderbaum bzw das Rizinusöl ist kein Lebensmittel.

Die Verarbeitung des Biopolyamids ist wie bei herkömmlichen Kunststoffen auf konventionellen Maschinen und angepassten Prozessparametern möglich.

Da der Wunderbaum in der Wachstumsphase CO2 aufnimmt, reduziert sich der CO2-Ausstoß im Vergleich zu Kunststoff auf Erdölbasis um Zweidrittel. Es handelt sich also um eine deutliche CO2-Einsparung. Vorstandsvorsitzender Peter Fenkl: „Durch den Einsatz pflanzlicher Rohstoffe, welche der Umwelt in der Wachstumsphase bereits CO2 entzogen haben, ist die CO2-Bilanz des Werkstoffes in Summe deutlich günstiger als bei Polymeren auf Basis fossiler Rohstoffe.“ Selbst wenn der gesamte Ventilatorflügel (inklusive Glasfaseranteil von 30 Prozent/GF 30) gesehen wird, beträgt die CO2-Einsparung noch immer 40 Prozent.

Da der nachwachsende Rohstoff mehr als 60 Prozent des Materials liefert, erfüllt das Material die gängige Definition eines Biokunststoffs.

Sogenannte Biopolymere gehören zu den Leitmarktinitiativen der Europäischen Kommission, wenn folgende Voraussetzungen erfüllt sind: eine ausreichende industrielle Herstellung sowie keine Konkurrenz zu Nahrungsmitteln entstehen. Dies ist beides bei Biopolymeren auf Basis von Rizinusöl gegeben.

3. Bio-Material reduziert das Gewicht des Ventilators

Der Bio-Ventilator ist im Vergleich zu einem Produkt aus PA6 GF30 (fossile Basis) um 6 Prozent leichter. Einmal resultiert dies aus einer 5-prozentigen Dichte-Ersparnis und zum anderen aus einer um ein Prozent niedrigeren Feuchtigkeitsaufnahme (PA 6 GF 30: Dichte 1,36 u. Feuchteaufnahme 2,1-2,3 % dagegen Bio-Material mit GF30: Dichte 1,31 u. Feuchteaufnahme 1,2 %.).

4. Bio-Material bringt mehrere positive Eigenschaften mit

Für die Kunden bringt das neue Material zahlreiche Vorteile mit sich, d.h. die Einsatzmöglichkeiten für diesen Ventilator vergrößern sich. 

•    höhere chemische Beständigkeit (Spannungsrissbeständigkeit unter Einfluss aggressiver Chemikalien)
•    heißwasser- u. dampfbeständiger (hohe Hydrolysebeständigkeit)
•    nimmt 50% weniger Feuchtigkeit auf
•    dimensionsstabiler
•    bessere Kälteschlagzähigkeit
•    gutes Abrieb/Verschleißverhalten

5. Holz zur Substitution von fossilen Materialien nicht geeignet

Der Einsatz von Holz als Substitutionsmittel ist für Ziehl-Abegg keine Alternative, da sich dies finanziell direkt auf Haus- und Wohnungsbesitzer auswirkt, die mit Holz oder Pellets heizen. (siehe Tabelle 1)

Leitmarktinitiative der EU

Die Europäische Kommission hat im Jahr 2007 die Leitmarktinitiative (LMI) gestartet und biobasierte Produkte als einen von sechs Zielmärkten ausgewählt. Die LMI soll mit nachfrageorientierten Maßnahmen wesentlich dazu beitragen, das Potenzial biobasierter Produkte zu heben und ihnen zur höheren Wettbewerbs-fähigkeit zu verhelfen.

Fehlende Wirtschaftlichkeit: Als Haupthemmnis gelten den befragten Experten zufolge weiterhin die im Vergleich zu Produktalternativen höheren Kosten für biobasierte Produkte, so dass die Entwicklung biotechnologischer Produktionsverfahren häufig unwirtschaftlich ist.

Hintergrund:
Biobasierten Produkten wird ein erhebliches Potenzial für die Verringerung von produktionsbedingten Umweltbelastungen, für die Verbesserung der Gesundheit, als nachhaltige Alternative zu fossilen Rohstoffen sowie für die Sicherung der internationalen Wettbewerbsfähigkeit der deutschen und europäischen Industrie durch eine Technologieführerschaft zugesprochen. Allerdings kann das Potenzial gegenwärtig nicht voll ausgeschöpft werden. Hierzu tragen verschiedene Hemmnisse bei, z. B. teilweise fehlende Kostenwettbewerbsfähigkeit, geringe Akzeptanz in der verarbeitenden Industrie, „Time to market“-Dominanz, benachteiligende Regelungen, relative Bevorzugung der energetischen gegenüber der stofflichen Nutzung von Biomasse. Eine passgenaue Unterstützung wird durch die hohe Heterogenität der Produkte und die Vielzahl von Anwendungsfeldern (u. a. Bio-Chemikalien, -Schmier- und -Kunststoffe für Verpackungen, aber auch im Bau oder in der Automobilindustrie) erschwert.

Hightech-Strategie der Bundesregierung (2006)

Die Hightech-Strategie der Bundesregierung verfolgt das Ziel, Deutschland an die Spitze der wichtigsten Zukunftsmärkte zu führen. Die Pflanze als Rohstofflieferant ist eines von 17 Zukunftsfeldern, in denen innovationspolitische Maßnahmen definiert wurden. In diesem Rahmen strebt Deutschland an, bis zum Jahre 2015 die europäische Spitzenposition in Pflanzenbiotechnologie und Pflanzenzüchtung zu erreichen und den Einsatz von erneuerbaren und nachwachsenden Rohstoffen in der chemischen Industrie erheblich auszudehnen.