Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die technische Verpackungswirtschaft erf\u00fcllt in unserer Gesellschaft eine wertvolle Aufgabe, die quer durch alle Lebensbereiche f\u00fchrt: Sie sch\u00fctzt, transportiert und informiert \u00fcber verpackte Konsum- und Investitionsg\u00fcter. Im Verlauf von mehreren Jahrzehnten sind wirtschaftliche und wachstumsf\u00f6rdernde Ver-fahrenswege mit einer Vielzahl von form- und funktionsreichen Verpackungen aufgebaut worden. Sie werden begleitet von zunehmenden, schadstoffbelastenden Auswirkungen f\u00fcr die Umwelt und gesell-schaftliche Bereiche. Hierbei ragen stoffliche Probleme der Verpackungsentsorgung bzw. Wiederverwertung besonders heraus. Lifepacking erforscht effiziente Verpackungsl\u00f6sungen der Natur, die per se umweltvertr\u00e4glich sind und versucht diese f\u00fcr nachhaltige Anwendungen in der Verpackungstechnik ingenieurm\u00e4\u00dfig zu nutzen. Die Verpackungsbionik startet im Rahmen von Lifepacking mit drei ausgew\u00e4hlten biologischen Verpackungsbeispielen. Damit wird erstmals ein systematischer, verpackungsbionischer Weg beschritten, mit dem Ziel, die hier beispielhaft untersuchten biologischen Verpackungsmerkmale und deren Entwicklungs- bzw. Verfahrens-Prinzipien zu technisch-wirtschaftlicher Anwendung, in Form bionischer Verpackungseigenschaften bzw. -Produkte, zu f\u00fchren.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn zwei verpackungsbionischen, miteinander verkn\u00fcpften Untersuchungsbereichen werden einerseits systematisch physikalische Untersuchungen an den biologischen Verpackungen Strau\u00dfenei, Rinde der Sequoia und Wachs\u00fcberzug von Sarcocaulon Patersonii durchgef\u00fchrt, andererseits die systemische, kreislaufbestimmende Ablaufstruktur der Verpackungs-Lebenswege mit ihren komplexen Einflussgr\u00f6\u00dfen erfasst und bewertet. Die funktionalen Eigenschaften der organismischen Verpackungen werden qualitativ, ggf. quantitativ, mittels Messungen von Gastransportvorg\u00e4ngen, thermischen Eigenschaften, Foto-strom-Spannungsmessungen u.a.m. bestimmt. Die Ergebnisse dienen als Grundlage f\u00fcr die Entwicklung bioanaloger Funktionen an bionischen Verpackungsprodukten. Mit Hilfe von vernetzten Wirkungsnetz-Darstellungen und -Analysen der biologisch effizienten Verpackungsmaterial-Kreisl\u00e4ufe und Energieverb\u00fcnde sollen erste Merkmale herausgearbeitet werden, die im Rahmen potentieller, bionischer Verpackungs-Kreislaufprozesse eine ganzheitliche Zielsetzung durch wirtschaftliche, umweltvertr\u00e4gliche und nachhaltige Eigenschaften und Prinzipien st\u00e4rken sollen.
\nIn erster N\u00e4herung werden die aus biologischer Komplexit\u00e4t heraus systemisch ermittelten biologischen Verpackungsmerkmale Merkmalen vergleichbarer technischer Verpackungen, die mit Einschr\u00e4nkung \u00e4hnliche Aufgaben besitzen wie die biologischen, gegen\u00fcbergestellt und falls m\u00f6glich bewertet.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Aus allen gestellten Aufgaben, die materialspezifischen und systemischen Eigenschaften der drei orga-nismischen Verpackungsvorbilder technisch-biologisch zu erforschen und im Hinblick auf bioanaloge Verpackungen bzw. bioanaloge Eigenschaften technischer Verpackungen anwendungsorientiert zu entwickeln, wurden in der gebotenen K\u00fcrze aussichtsreiche L\u00f6sungsans\u00e4tze bzw. L\u00f6sungen erarbeitet. Die Ergebnisse aus Untersuchungen der Strau\u00dfeneischale f\u00fchrten zu einem Demonstrat mit zugeh\u00f6rigem technischen Verfahren, bei dem die atmungsaktive und Mikroorganismen abweisende Eigenschaft des biologischen Vorbildes, bionisch – in Form einer funktionalen flexiblen Polymerfolie – realisiert wurde. Experimente mit der gerbstoffhaltigen Borke des Mammutbaums, die f\u00fcr ihre hohe Resistenz gegen Durchbrennen bei Feuer bekannt ist, f\u00fchrten zu Erkenntnissen \u00fcber eine neue, bionisch nutzbare Strategie zur D\u00e4mmung von Br\u00e4nden in organischen Materialien. Erste vergleichende Versuche zum Brandschutzverhalten verschiedener Gemische aus nat\u00fcrlichen Gerbstoffen mit k\u00fcnstlichen und nat\u00fcrlichen D\u00e4mmmate-rialien einerseits und den einzelnen D\u00e4mmmaterialien andererseits ergaben u. a. dort technische Vorteile durch erh\u00f6hte Reststoffr\u00fcckst\u00e4nde, an denen Gerbstoffe beteiligt waren. Die unterschiedlichen Gerbstoffe und deren Beeinflussung auf das Brandverhalten, systematische Experimente nach optimalen Mischungsverh\u00e4ltnissen von Gerbstoffen und D\u00e4mm-Tr\u00e4germaterialien sowie deren Weiterentwicklung zu einem brandhemmenden Produkt mit vorteilhaften bioanalogen Eigenschaften, machen weitere Untersuchungen erforderlich.
\nDer wachshaltige Verpackungsmantel der Sarcocaulon p. sch\u00fctzt die Pflanze u. a. gegen Austrocknung und mechanischem Abrieb. Diese Erkenntnis und weitere \u00dcberlegungen f\u00fchrten dazu, die wachshaltige Substanz hinsichtlich ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften als biovertr\u00e4gliche, nachhaltige und vor allem Gewicht sparende Versiegelungssubstanz f\u00fcr photovoltaische Systeme bionisch zu nutzen. Hier zeigten bereits die ersten Solarzellen-Versiegelungs-Tests deutliche Vorteile bei den Solarzellen-Kennwerten f\u00fcr die biologische wachsversiegelte Abdeckung gegen\u00fcber einer konventionellen Abde-ckung mit dem vielfach dickeren Glas. Auch hier sind weitere detailreiche Untersuchungen notwendig, um das \u00f6konomisch und \u00f6kologisch vorteilhafte Ziel einer bionischen Versiegelungstechnik nach Sarco-caulon p. -Vorbild zu entwickeln.
\nZu allen drei biologischen Organismen mit zugeh\u00f6riger funktionaler Verpackung wurden biokybernetische Struktur-Wirkungsnetze erarbeitet. Sie zeigen auf biologischer Seite die realistischen Einflussgr\u00f6\u00dfen-Wechselbeziehungen im Biotop jedes einzelnen der drei Organismen. Diese lebensnahe Darstellung und Erfassung vernetzter Zusammenh\u00e4ngen mit qualitativer bzw. quantitativer Bewertung gibt realistische Hinweise auf Art, Zahl, Differenziertheit und Grad der Beeinflussbarkeit der den Wachstumsprozess des Organismus und seiner Verpackung ma\u00dfgebend oder weniger ma\u00dfgebend beeinflussenden kooperativen\/nicht kooperativen Partner bzw. Elemente.
\nDie bioanaloge Abbildung derartiger, evolution\u00e4r gewachsener und nachhaltig optimierter, sich entwickelnder Lebensgemeinschaften auf verpackungstechnische Entwicklungsprozesse, mit dem Ziel, ein bionisches Verpackungsprodukt oder -Verfahren nachhaltig zu nutzen, f\u00fchrte zu ersten Strukturnetzen der drei potentiellen Bionik-Verpackungen (kybernetische Wirkungsnetze 1. Grades). Sie, die netzwerkartigen r\u00fcckgekoppelten Verbindungen von Einfl\u00fcssen auf das Kernelement einer technisch anwendbaren, bionischen Verpackung zu verfeinern und zu optimieren (bis zum rechnergest\u00fctzten Werkzeug eines an-wendungsnahen Simulationmodells) setzt die Weiterentwicklung der angefangenen systemischen Strategie zu Funktionsnetzen auf biologischer und technisch-bionischer Grundlage voraus.
\nRes\u00fcmierend ist festzustellen, dass sich der methodische Forschungansatz der Verpackungsbionik, in relativ kurzer Zeit, f\u00fcr alle drei biologischen Untersuchungsobjekte bew\u00e4hrt hat. Die Ergebnisse zeigen die Vorteile biologischer Verpackungen f\u00fcr ihren Organismus und weisen erfolgversprechende Wege zur anwendungsorientierten Weiterentwicklung der erarbeiteten bionischen L\u00f6sungen auf.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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