2d: Rohstoffe

Aus welchen Materialien werden Aerogele hergestellt?

Aerogele lassen sich aus gelierenden Stoffen wie Pudding, Götterspeise und vielen pflanzlichen und tierischen Rohstoffen herstellen. Am verbreitetsten sind Aerogele auf Silicat-Basis (also sozusagen aus Sand hergestellt). Auch aus vielen weiteren Materialien (sogar Metallen!) können sie hergestellt werden.

Im Institut für Thermische Verfahrenstechnik an der Technischen Universität Hamburg werden insbesondere Aerogele aus nachwachsenden Rohstoffen, sogenannten Biopolymeren, hergestellt.

Was sind Biopolymere?

Um zu verstehen was Biopolymere sind, muss man erst einmal wissen, was Polymere sind. Polymere sind chemische Verbindungen, die aus Ketten- oder verzweigten Molekülen (sogenannten Makromolekülen) bestehen. Ein Chemiker denkt dabei wahrscheinlich zuerst an Kunststoffe, aber auch die Natur hat viele Polymere zu bieten. Biopolymere sind eine Teilgruppe der Polymere. Meist sind sie natürlichen Ursprungs, aber auch industriell hergestellte Polymere können als Biopolymere bezeichnet werden, wenn sie biologisch abbaubar sind, also wieder in den biologischen Kreislauf zurückkehren. 

Biopolymere sind durch ihre Herstellung auf Basis nachwachsender Rohstoffe und/oder durch ihre biologische Abbaubarkeit nachhaltig und umweltschonend. Außerdem kommen einige von ihnen in großen Mengen als Reststoffe vor, die bei der Verarbeitung von Lebensmitteln, Hölzern, Tieren usw. anfallen, die sonst als Abfälle entsorgt werden müssen. Daher ist es sinnvoll, für diese Reststoffe Ideen zu entwickeln, wie sich aus diesen noch wertvolle Produkte gewinnen lassen. Dieser Gedanke der Kreislaufwirtschaft macht Biopolymere auch für die Aerogel-Herstellung besonders interessant!

In der Tabelle sind einige dieser Biopolymere, die unter anderem als Ausgangsstoffe für Aerogele verwendet werden können, vorgestellt.

Rohstoff Bild Herkunft und Verwendung
Cellulose
Bild 1: Baumwolle – Sie besteht aus fast reiner Cellulose.
Die Cellulose ist der Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände und damit das am häufigsten vorkommende Biomolekül. Cellulose dient als Grundstoff in der Papierindustrie.
Alginat
und
Agar Agar

Bild 2: Braunalge – Hieraus wird Alginat gewonnen.
Das Biopolymer Alginat – auch als Alginsäure bekannt – wird hauptsächlich aus Braunalgen gewonnen, die entweder bei Ebbe gesammelt oder von Tauchern mit Spezialbooten geerntet werden. Alginat wird unter anderem als veganes Geliermittel in der Küche verwendet.
Verbreiteter ist Agar Agar, das ebenfalls aus Algen gewonnen wird, aber ein wenig anders geliert.
Stärke

Bild 3: Speisestärke
Stärke ist ein natürliches Biopolymer, das in Form von Stärkekörnern als Energiespeicherstoff in die Zellen von Pflanzen eingelagert wird. In der Küche wird Mais-, Kartoffel- oder Weizenstärke verwendet zum Abbinden von Soßen, als Tortenguss, für Pudding und Backwaren, ansonsten z.B. auch als Kleber (Tapetenkleister).
Chitosan

Bild 4: Krabbe – Aus dem Panzer wird Chitosan gewonnen.
Chitosan stammt aus dem Griechischen und bedeutet Hülle oder Panzer. Es wird aus Chitin gewonnen; Hauptquelle sind die Schalen von Garnelen und Krabben. Chitosan wird unter anderem als Filtermaterial zur Wassergewinnung oder in Kläranlagen verwendet.
Pektin

Bild 5: Pektin kommt z.B. in Äpfeln vor und wird zum Marmeladekochen verwendet
Pektine kommen in den festeren Bestandteilen der meisten Pflanzen vor, also in Stängeln, Blüten, Blättern, Früchten usw. Pektin ist eine gute vegane Alternative zu Gelatine, da es rein pflanzlich ist. Es wird vor allem beim Marmeladekochen verwendet.

Bildquellen: 
Bild 1: von Philmarin, Ausschnitt aus https://de.wikipedia.org/wiki/Cellulose#/media/Datei:Alg-frut-6.jpg Lizenz: CC BY-SA 3.0
Bild 2: von Stemonitis, Ausschnitt aus https://de.wikipedia.org/wiki/Braunalgen#/media/Datei:Fucus_serratus2.jpg Lizenz CC BY-SA 2. 5
Bild 3: von Picasa Autor Kalaya, Ausschnitt aus https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9939132 Lizenz CC BY-SA 3.0
Bild 4 und 5: eigenes Werk


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