Warum Materialinnovation der Schlüssel zu einer nachhaltigen Zukunft ist

Beginnen wir unseren Weg mit einer Reise in die Vergangenheit. Dazu versetzen wir uns in die Zeit um das Jahr 3000 vor Christus: Schon damals machten sich die Menschen die noch recht rudimentären Werkzeuge der Natur zunutze, um Schutz vor Wind und Wetter zu suchen.

Eine Reihe massiver Felsen, kreuz und quer über die Erde verstreut. Eine Szene, in der wir uns wahrscheinlich gleich in Kubricks Film 2001: Odyssee im Weltraum oder auch in die Eröffnungsszene des neuen Barbie-Films von Greta Gerwig versetzt fühlen.

Die Bedeutung von Gestein ist auch in der modernen Welt ungebrochen. Noch heute finden wir überall Stein, wohin wir unseren Blick auch richten. Schon der Blick aus den Fenstern der Polestar Zentrale trifft auf Marmor, mit allen Ambitionen, die er zu wecken vermag.

Das erleuchtende Metall

Spulen wir nun die Zeit nach vorn bis in die Gegenwart (naja, zumindest bis 1825), als Aluminium entdeckt wurde. Dieses federleichte Wunderwerk haben wir dem dänischen Chemiker Hans Christian Ørsted zu verdanken – es sollte die Transportindustrie revolutionieren und Konstruktion und Design völlig neue Möglichkeiten eröffnen.

Trotz seines nachhaltigen Potenzials lässt sich Aluminium nicht ohne Probleme recyceln. Allein schon die Fülle an Aluminium-Sorten – mehr als 500 an der Zahl – macht das richtige Sortieren für Recycling-Betriebe zu einer großen Herausforderung. Das führt immer wieder zu Verunreinigungen des recycelten Aluminiums, wodurch dieses dann nicht mehr für hochwertige Anwendungsbereiche geeignet ist.

Die Lösung für dieses Problem ist bestechend elegant und einfach: Kennzeichnung und Farbkodierung. Sie erleichtern die Unterscheidung der Sorten und ermöglichen ihr getrenntes Recycling. Und das wiederum schließt die Lücke im Materialkreislauf.

Nutzen und Erhalt

Im Jahr 1907 stellte der belgische Chemiker Leo Baekeland den ersten synthetischen Kunststoff her und kam damit seinem Rivalen bei der Patentanmeldung um einen Tag zuvor. Heutzutage ist dieser Kunststoff aus dem Alltag gar nicht mehr wegzudenken. Zwar hat seine große Flexibilität eine Revolution in der Produktionstechnik ausgelöst, gleichzeitig fordert seine Abhängigkeit von fossilen Ressourcen mittlerweile jedoch zum Umdenken auf.

So wird für die Herstellung einer der am häufigsten verwendeten Kunststoffe, Polyvinylchlorid (PVC), Erdöl benötigt – und wir alle wissen, wie schädlich dieser Stoff für die Umwelt ist.

Den neuesten Erkenntnissen der Materialforschung ist es allerdings zu verdanken, dass bei der Herstellung von Kunststoffen immer häufiger Kiefernöl statt Erdöl eingesetzt wird. Allein dadurch können Treibhausgas-Emissionen um 70% reduziert werden. Das auf diese Weise gewonnene biobasierte PVC ist das erste seiner Art: Mittlerweile hat es auch in den Sitzbezügen des Polestar 3 Einzug gehalten, was die CO2-Fußabdruck unserer Fahrzeuge noch weiter verbessert.

Supereffizienz und schwebende Züge

Machen wir uns auf in noch ganz andere Gefilde – zu einem Produkt, das in letzter Zeit vermehrt im Rampenlicht gestanden hat, wenn auch aus ganz anderen Gründen: Halbleiter. Die weltweite Nachfrage könnte bekanntlich nicht größer sein.

Zwischenzeitlich geht die Forschung an Supraleitern weiter. Stellen wir uns eine Welt vor, in der Strom ungehindert fließen kann, Züge frei schweben und Energieverluste ein für allemal der Vergangenheit angehören.

Bis vor Kurzem war all das nichts weiter als Wunschdenken. Denn die Materialien benötigten entweder Temperaturen nahe dem Nullpunkt oder enormen Druck, um ihre Fähigkeiten zu entfalten.

Einer Studie zufolge wurde nun allerdings ein supraleitfähiges Material entwickelt, das auch bei Umgebungsdruck und oberhalb der Raumtemperatur seine Fähigkeiten erhält – eine Errungenschaft, die sich auf alles auswirkt, was mit Elektrizität betrieben wird. Und wie Sie sich wahrscheinlich denken können, sind wir ganz Feuer und Flamme.  

Seit der Veröffentlichung der Studie versuchen Laboratorien in allen Teilen der Welt fieberhaft, die Ergebnisse zu replizieren. Erste Berichte mit Erfolgsmeldungen gibt es bereits.

Der Traum des Alchemisten

Auf unserer Reise von einem bahnbrechenden Material zum nächsten sind wir nun bei einer Kategorie angelangt, bei der die Trennlinien zwischen natürlich und synthetisch verwischen: Verbundwerkstoffe. Hier fusioniert das Beste aus zwei Welten, dessen Leistung die Summe seiner Teile übersteigt.

Fasern sind das Herzstück eines jeden Verbundwerkstoffs: Zarte Stränge natürlichen oder synthetischen Ursprungs bilden das Rückgrat dieser Materialien. Kohlefaser – im Einsatz in Raumschiffen, in Golfausrüstung und auch im Polestar 1 – ist wohl der bekannteste in dieser Materialkategorie.

Doch das ist nichts weiter als die Spitze des Eisbergs. Beim Polestar 3 setzen wir den aus Naturfasern bestehenden Verbundwerkstoff von Bcomp ein. Das Material wird aus in Europa angebautem Flachs hergestellt und ist annähernd so robust wie Kohlefaser, enthält dafür aber 50% weniger Neukunststoffe als vergleichbare Werkstoffe und ist um 40% leichter.

Flachs eignet sich darüber hinaus auch zur Revitalisierung von Agrarflächen zwischen den Anbauzeiten, um einer Erschöpfung des Bodens vorzubeugen.

Die beständig vorangetriebene technologische Weiterentwicklung bedeutet auch, dass die Materialinnovation niemals stillsteht.

Mittlerweile stehen wir aber noch vor einer ganz anderen Herausforderung: Wie können wir auch in Zukunft ein ebenso angenehmes wie aufregendes Leben führen und gleichzeitig eine bessere Umweltbilanz erzielen? Diese Frage steht im Fokus der wissenschaftlichen Innovation. Und die Zeit drängt. Daher sollten Sie sich darauf einstellen, dass sich die Materialien unseres täglichen Lebens in den kommenden Jahren drastisch verändern werden.