PFAS-Ersatz für Schmierstoffe und Dichtungen

Aufgrund ihrer molekularen Struktur und der geringen Oberflächenenergie gelten viele Tausende per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen als Schlüssel zu Performance und Zuverlässigkeit in technischen Systemen. Ihre Temperaturstabilität und chemische Beständigkeit ermöglichen Haltbarkeit sowie Wasser-, Fett- und Schmutzabweisung – in Textilien, Kochgeschirr, Sportprodukten, Fahrzeugen, Pumpen, Antrieben und zahlreichen weiteren Anwendungen.

PFAS im Spannungsfeld von Performance und Regulierung

Gleichzeitig sind die gesundheitlichen Risiken evident. PFAS sind extrem langlebig, reichern sich über die Umwelt im menschlichen Körper an und können die Entstehung von Krankheiten begünstigen. Auf EU-Ebene wird an Regulierungen und Verboten gearbeitet, die ab 2026 schrittweise greifen sollen. Unabhängig vom regulatorischen Status hat sich eine erhebliche Marktdynamik entwickelt. Unternehmen analysieren ihre Produktportfolios, bewerten Lieferketten, kalkulieren Kostenfolgen und prüfen Investitionen in Fertigungstechnologien.

Tribologische Systeme unter Anpassungsdruck

Besonders betroffen ist der klassische Maschinenbau. Hersteller von Pumpen, Getrieben, Führungen und Lagern setzen PFAS-haltige Schmierstoffe zur Steigerung der Energieeffizienz ein. PFAS-haltige Dichtringe widerstehen hohen Betriebstemperaturen und sichern die Funktionalität, während entsprechende Zuschlagsstoffe in Kunststoffen hohe Verschleißfestigkeit ermöglichen.

Universelle PFAS-freie Lösung existiert nicht

Angesichts der Vielzahl an Schmierstoffen, Elastomeren und Kunststoffvarianten wird deutlich, dass eine universelle PFAS-freie Lösung nicht existiert. Jede Substitution muss Kundenanforderungen, wirtschaftliche Herstellbarkeit, Ausfallsicherheit und eine wettbewerbsfähige Kostenstruktur berücksichtigen. PFAS-Substitute sind folglich Einzelfalllösungen, die eine systemische Betrachtung des jeweiligen tribologischen Systems erfordern.

Substitutionskette als strukturierter Entwicklungsansatz

Hier setzt das vom Land Baden-Württemberg geförderte Projekt PFASfrei an. Die Tribologie-Experten des Fraunhofer IWM in Freiburg haben eine Substitutionskette konzipiert, die es erlaubt, sich schrittweise, effizient und systemspezifisch PFAS-Ersatzlösungen zu nähern, wie das Institut mitteilt. Exemplarisch wurde dieser Ansatz an einer PFAS-freien Schmierung für ein Planetengetriebe erprobt. Parallel dazu entstanden im Entwicklungsprojekt PureWaterSeal, gefördert von der Fraunhofer-Zukunftsstiftung, PFAS-freie Elastomerdichtungen. Die Bewertung alternativer Materialkombinationen mündete in eine digitale Wissensbasis. Sie dient dazu, künftige Substitutionsprozesse effizienter zu gestalten und Zeit- sowie Kostenaufwände zu reduzieren.

Werkstofftechnologie und Beschichtung im Fokus

Werkstofftechnologisch spielt die Kombination aus Schmierstoffen und reibungsmindernden Beschichtungen eine zentrale Rolle. Um Leistungsdefizite infolge des PFAS-Verzichts zu kompensieren, wurden diamantähnliche Kohlenstoffschichten (DLC) entwickelt, variiert und in unterschiedlichen Konstellationen mit Schmierstoffen getestet.

Attraktive Substitutionslösungen identifiziert und qualifiziert

Bei Elastomerdichtungen stand die Optimierung des Zusammenspiels von Vorbehandlung des Dichtungsmaterials, Haftfestigkeit der Schichten und Verschleißbeständigkeit im Mittelpunkt. Für beide Anwendungsfälle – die Schmierung miniaturisierter Planetengetriebe und PFAS-freie Dichtringe – konnten attraktive Substitutionslösungen identifiziert und qualifiziert werden.

Nachhaltigkeit in der industriellen Wertschöpfung

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM adressiert mit seinen Forschungs- und Entwicklungsleistungen die Nachhaltigkeit in industriellen Wertschöpfungsketten. Ziel ist es, Langlebigkeit und Sicherheit von Bauteilen ebenso zu verbessern wie Ressourceneffizienz in Prozessketten und Energieeffizienz in Maschinen. Werkstoffe in Prozessen, Bauteilen und Maschinen werden mit ihrem Verhalten und ihren Eigenschaften berechenbar gemacht.

Quelle: Fraunhofer IWM