Ein biobasiertes Harz ist ein Polymer, das ganz oder teilweise aus erneuerbaren biologischen Quellen stammt – Pflanzen, Pflanzenölen, Lignin, landwirtschaftlichen Abfällen oder anderer Biomasse. Im Gegensatz zu herkömmlichen erdölbasierten Harzen, die auf fossilen Brennstoffen basieren, nutzen biobasierte Harze kürzlich absorbiertes CO₂ aus der Atmosphäre, wodurch sie von Natur aus kohlenstoffneutraler sind.
Es ist wichtig zu unterscheiden biobasiert von biologisch abbaubar . Viele biobasierte Harze sind Duroplaste – sie härten zu haltbaren, vernetzten Materialien aus, die nicht biologisch abbaubar sind. Allerdings ist ihr CO2-Fußabdruck deutlich geringer, da der darin enthaltene Kohlenstoff aus erneuerbaren Quellen und nicht aus fossilen Reserven stammt.
Zu den biobasierten Harzen gehören:
Der Prozentsatz des Biogehalts kann variieren – von teilweise biobasiert (z. B. 20–30 %) bis vollständig biobasiert (100 %). Die Wahl hängt von der Anwendung und den Leistungsanforderungen ab.
Mehrere starke Kräfte treiben den Markt für biobasierte Harze voran.
Weltweit verschärfen Regierungen die Vorschriften zu flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) und Kohlenstoffemissionen. Die EU, die USA und andere Regionen drängen auf kohlenstoffärmere Materialien, wobei biobasierte Harze als Schlüssellösung gelten. Auch unternehmerische Nachhaltigkeitsverpflichtungen – von Netto-Null-Zielen bis hin zu Zielen der Kreislaufwirtschaft – treiben die Nachfrage an. Viele große Hersteller versuchen aktiv, aus Erdöl gewonnene Harze durch erneuerbare Alternativen zu ersetzen.
Verbraucher sind sich zunehmend der Umweltauswirkungen der von ihnen gekauften Produkte bewusst. Von der Automobilinnenausstattung bis hin zu Baumaterialien und Verpackungen gibt es eine wachsende Präferenz für nachhaltige Materialien.
Die Erdölpreise schwanken und die Vorräte sind begrenzt. Biobasierte Rohstoffe bieten eine stabilere, erneuerbare Alternative.
Forschung und Entwicklung verbessern rasch die Leistung, Skalierbarkeit und Kosteneffizienz biobasierter Harze. Innovationen bei ligninbasierten Epoxiden, Pflanzenölpolyolen und biobasierten Monomeren erweitern das Anwendungsspektrum.
Biobasierte Harze finden ihren Weg in nahezu jeden Sektor, der traditionell auf erdölbasierte Harze angewiesen ist.
Leichtbau ist entscheidend für die Kraftstoffeffizienz und die Reichweite von Elektrofahrzeugen. Biobasierte Verbundwerkstoffe aus landwirtschaftlicher Restbiomasse werden für Automobilanwendungen entwickelt. Bioepoxide und Biopolyurethane werden in Innenkomponenten, Strukturteilen und Beschichtungen verwendet.
Von Kleb- und Dichtstoffen bis hin zu Beschichtungen und Verbundwerkstoffen werden biobasierte Harze zunehmend im Bauwesen eingesetzt. Biobasierte Polyurethane werden in Hartschäumen zur Isolierung verwendet, während Bioepoxide Anwendung in Bodenbelägen und Strukturklebstoffen finden.
Biobasierte Harze bieten eine nachhaltige Alternative für Lebensmittelverpackungen, Beschichtungen und flexible Folien. Es wird erwartet, dass die Nachfrage nach biobasierten Verpackungen erheblich steigen wird, da die Vorschriften für Einwegkunststoffe verschärft werden.
Der weltweite Markt für biobasierte Beschichtungen wurde im Jahr 2025 auf 13,6 Milliarden US-Dollar geschätzt und wird bis 2030 voraussichtlich 22,6 Milliarden US-Dollar erreichen. Biobasierte Harze ersetzen erdölbasierte Bindemittel in Farben, Lacken und Klebstoffen für Automobil-, Infrastruktur-, Möbel-, Schiffs- und Luft- und Raumfahrtanwendungen.
Bioepoxide werden derzeit für Verbundwerkstoffe in der Luft- und Raumfahrt evaluiert. Einige Studien zeigen eine höhere hygrothermische Stabilität und Haltbarkeit im Vergleich zu erdölbasierten Gegenstücken. Recycelbare Bio-Epoxidharze haben eine um 73 % höhere Spannungsenergiefreisetzungsrate als herkömmliches Epoxidharz gezeigt.
Biobasierte Harze bieten eine hervorragende elektrische Isolierung und thermische Stabilität sowie eine höhere Hydrolysebeständigkeit als synthetische Polyurethane. Untersuchungen zu biobasierten Epoxidharz-Verbundwerkstoffen für gasisolierte Hochspannungsschaltanlagen haben gezeigt, dass ihre mechanischen Eigenschaften den auf Erdöl basierenden Gegenstücken gleichwertig oder sogar besser sind.
Bei biobasierten Harzen besteht häufig die Sorge, ob sie die gleiche Leistung erbringen können wie herkömmliche Harze auf Erdölbasis. Die Beweise deuten zunehmend darauf hin, dass sie es können – und in einigen Fällen sogar übertreffen.
Studien zu biobasierten Epoxidharz-Verbundwerkstoffen haben gezeigt, dass ihre mechanischen Eigenschaften denen auf Erdölbasis gleichwertig oder besser sind. Untersuchungen an epoxidierten Verbundwerkstoffen auf Itaconsäurebasis zeigten, dass biobasierte Verbundwerkstoffe nach der Alterung eine höhere Festigkeit und Leistungserhaltung aufwiesen als Verbundwerkstoffe auf Erdölbasis. Flammhemmende biobasierte Epoxidmonomere haben zu Harzen mit thermomechanischen Eigenschaften geführt, die mit denen von DGEBA vergleichbar sind.
Biobasierte Harze haben eine höhere hygrothermische Stabilität und Haltbarkeit als Epoxidharze auf BPA-Basis gezeigt. Biobasierte Epoxidharz-Verbundwerkstoffe mit einem Biomaterialanteil von 20 % haben sich als geeignet für Hochspannungs-Isolationsabstandshalter erwiesen.
Biobasierte Harze zeigen in der Regel das gleiche Abgabeverhalten und die gleichen Aushärtungsprofile wie herkömmliche Harze, sodass keine adaptive Ausrüstung erforderlich ist.
Der Anteil des Bioanteils kann für jede Anwendung optimiert werden. Untersuchungen zeigen, dass Bioinhalte aufgenommen werden können, ohne dass sich dies negativ auf die Leistung auswirkt.
Das überzeugendste Argument für biobasierte Harze ist ihre Umweltverträglichkeit.
Ökobilanzen (LCAs) zeigen immer wieder, dass biobasierte Harze einen geringeren CO2-Fußabdruck haben als erdölbasierte Alternativen. Für ungesättigte Polyesterharze zeigen unabhängige Ökobilanzen eine Reduzierung des CO2-Fußabdrucks um 20 % im Vergleich zu herkömmlichen UPR. Biobasierte Harze verbrauchen und erzeugen während ihres Lebenszyklus im Allgemeinen weniger erdölbasierten Kohlenstoff.
LCA-Studien haben die überlegene Umweltleistung biobasierter Harze gezeigt, insbesondere im Hinblick auf das globale Erwärmungspotenzial. Ligninbasierte Harze für den 3D-Druck weisen einen Einfluss auf die globale Erwärmung von 6,64 kg CO₂-Äquivalenten/kg Harz auf, wobei ein höherer Ligningehalt sowohl die Produktionskosten als auch die Umweltauswirkungen erheblich senkt.
Biobasierte Harze können aus einer Vielzahl von Rohstoffen hergestellt werden: Pflanzenöle, Lignin, landwirtschaftliche Rückstände und sogar Abfallströme. Dies verringert die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und unterstützt die Prinzipien der Kreislaufwirtschaft.
Trotz ihres Versprechens stehen biobasierte Harze vor mehreren Herausforderungen, die für eine breitere Akzeptanz angegangen werden müssen.
Höhere Produktionskosten im Vergleich zu herkömmlichen Harzen bleiben ein Hindernis. Allerdings sinken die Kosten, da die Produktion steigt und sich die Technologien verbessern.
Die Gewährleistung stabiler Lieferketten für biobasierte Rohstoffe ist eine Herausforderung. Viele biobasierte Materialien basieren auf landwirtschaftlichen Nutzpflanzen, die durch Wetter, Marktschwankungen und konkurrierende Nutzungen beeinflusst werden können.
Einige biobasierte Harze weisen in bestimmten Anwendungen begrenzte mechanische Eigenschaften auf. Die thermische Stabilität und Elastizität können in manchen Fällen schlechter sein.
Die Palette der verfügbaren biobasierten Harze ist immer noch kleiner als die erdölbasierter Optionen, obwohl sich dies mit der laufenden Forschung und Entwicklung schnell ändert.
Der Markt für biobasierte Harze steht vor einem erheblichen Wachstum, das von technologischen Innovationen und der Marktnachfrage angetrieben wird.
Fortschrittliche Rohstoffe: Forscher entwickeln Harze aus Ligninöl, Pflanzenöl-Polysaccharid-Hybriden und sogar landwirtschaftlichen Reststoffen. Vollständig biobasierte Epoxidharze aus aus Lignin gewonnenen Monophenolen und pflanzlichen Methylketonen sind jetzt möglich.
Flammschutz und Funktionalität: Innovationen verleihen biobasierten Epoxidharzen flammhemmende Eigenschaften und erweitern so deren Anwendungsbereich.
Recyclingfähigkeit und Vitrimere: Es werden vollständig biobasierte Epoxidharze mit dynamischen, umesterungsfähigen Esterbindungen entwickelt, die recycelbare Duroplaste ermöglichen.
Industrielles Scale-up: Unternehmen steigern die kommerzielle Produktion biobasierter Harze. Exel Composites und Polynt führen biobasierte UPR im kommerziellen Maßstab ein, wobei unabhängige Ökobilanzen eine Reduzierung des CO2-Fußabdrucks um 20 % belegen.
Marktwachstum: Der Markt für biobasierte Harze wird zwischen 2025 und 2030 voraussichtlich mit einer jährlichen Wachstumsrate von 18,88 % wachsen, wobei biobasierte Beschichtungen bis 2030 voraussichtlich von 13,6 Milliarden US-Dollar auf 22,6 Milliarden US-Dollar wachsen werden.
Ein biobasiertes Harz ist ein Polymer, das ganz oder teilweise aus erneuerbaren biologischen Quellen – Pflanzen, Pflanzenölen, Lignin oder landwirtschaftlichen Abfällen – gewonnen wird. Umweltfreundliche Bioharze verringern die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und haben in der Regel einen geringeren CO2-Fußabdruck als Harze auf Erdölbasis.
Nicht unbedingt. Die meisten biobasierten Harze sind Duroplaste – sie härten zu haltbaren, vernetzten Materialien aus, die nicht biologisch abbaubar sind. Allerdings ist ihr CO2-Fußabdruck deutlich geringer, da ihr Kohlenstoff aus erneuerbaren Quellen stammt.
Ja. Studien haben gezeigt, dass viele biobasierte Harze mechanische Eigenschaften aufweisen, die denen auf Erdölbasis entsprechen oder sogar besser sind. Einige Bioepoxide weisen eine höhere hygrothermische Stabilität und Haltbarkeit auf.
Biobasierte Harze werden in Automobilkomponenten, Baumaterialien, Verpackungen, Beschichtungen, Klebstoffen, Verbundwerkstoffen für die Luft- und Raumfahrt sowie in der Elektronik verwendet. Allein biobasierte Beschichtungen sollen bis 2030 einen Wert von 22,6 Milliarden US-Dollar erreichen.
Bioinhalte können für jede Anwendung optimiert werden. Untersuchungen zeigen, dass Bioinhaltsstoffe ohne Beeinträchtigung der Leistung eingearbeitet werden können, wobei der optimale Prozentsatz vom spezifischen Harzsystem und der Anwendung abhängt.
Derzeit ja – höhere Produktionskosten im Vergleich zu herkömmlichen Harzen bleiben eine Herausforderung. Allerdings sinken die Kosten, da die Produktion steigt und sich die Technologien verbessern, und viele Benutzer sind der Meinung, dass die Umweltvorteile den Aufpreis rechtfertigen.
Ökobilanzen zeigen immer wieder, dass biobasierte Harze einen geringeren CO2-Fußabdruck haben als erdölbasierte Alternativen. Biobasiertes UPR hat im Vergleich zu herkömmlichem UPR eine Reduzierung des CO2-Fußabdrucks um 20 % gezeigt.
Ja. Biobasierte Harze werden zunehmend in Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie Elektronikanwendungen eingesetzt. Biobasierte Epoxidverbundstoffe für die Hochspannungsisolierung haben mechanische Eigenschaften gezeigt, die denen auf Erdölbasis entsprechen.
Zu den gängigen Rohstoffen gehören Pflanzenöle (Sojabohnen, Leinsamen, Rizinus), Lignin, aus Zucker gewonnene Monomere, Pflanzenöle und landwirtschaftliche Rückstände.
Ja. Aus Ligninöl und epoxidiertem Sojaöl wurden vollständig biobasierte Epoxidharze entwickelt, die giftiges Bisphenol A und Epichlorhydrin ersetzen. Es wurden auch vollständig biobasierte Epoxide aus aus Lignin gewonnenen Monophenolen nachgewiesen.
Der Markt für biobasierte Harze wurde im Jahr 2025 auf 6,98 Milliarden US-Dollar geschätzt und wird bis 2032 voraussichtlich 13,85 Milliarden US-Dollar überschreiten. Der Markt für natürliche (biobasierte) Harze wird bis 2034 voraussichtlich 17,98 Milliarden US-Dollar erreichen.
Nein. Biobasierte Harze zeigen typischerweise das gleiche Abgabeverhalten und die gleichen Aushärtungsprofile wie herkömmliche Harze, sodass keine adaptive Ausrüstung erforderlich ist.
Ja. Jüngste Forschungen haben flammhemmende biobasierte Epoxidharzmonomere mit thermomechanischen Eigenschaften eingeführt, die mit DGEBA auf Erdölbasis vergleichbar sind.
Neue Technologien ermöglichen recycelbare biobasierte Harze. Es wurden vollständig biobasierte Epoxidharze mit dynamischen Esterbindungen entwickelt, die zur Umesterung fähig sind und recycelbare Duroplaste ermöglichen.
Zu den größten Herausforderungen gehören höhere Produktionskosten, Stabilität der Lieferkette für Rohstoffe, begrenzte Materialvielfalt und Leistungskompromisse bei bestimmten Anwendungen. Kontinuierliche Forschung und Entwicklung befasst sich mit diesen Problemen.
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