Barbara Witthuhn
Wer in seiner Freizeit gern mal ins Schwitzen gerät, weiß den Wert von Funktionskleidung zu schätzen: Während Baumwolle sich mit Schweiß voll saugt und nach sportlicher Betätigung wie ein nasser Lappen am Körper klebt, transportieren funktionelle Textilien die Feuchtigkeit vom Körper weg. Bisher bildete ausschließlich Erdöl die Basis für die Synthetikfasern aus Kunststoffen wie Polyester und Polyamid. Seit diesem Jahr bietet der Bergsportausrüster Salewa eine Alternative an: Kleidungsstücke aus so genannten Ingeo-Fasern. Der Rohstoff dafür ist Mais.
Um aus der Pflanze die Faser zu gewinnen, sind mehrere Schritte erforderlich (siehe Grafik). Zunächst muss man aus den Maiskörnern die Stärke isolieren. Die langkettigen Stärkemoleküle werden mithilfe von Enzymen in einzelne Traubenzuckermoleküle zerlegt. Bakterien wandeln diese - ähnlich wie bei der Jogurtherstellung - in Milchsäure um, die schließlich zu langen Ketten verknüpft wird: der Polymilchsäure, auch Polylactid (PLA) genannt. PLA, die Vorstufe der Faser, ist bei Raumtemperatur ein starrer Kunststoff.
"Der Vorteil der Polymilchsäure ist, dass sie sich ebenso weiter verarbeiten lässt wie viele bekannte Kunststoffe aus Erdöl. Sie wird jedoch aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt und ist unter Kompostierbedingungen biologisch abbaubar", sagt Gerald Rafler vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung in Golm. Faserhersteller können mit den gleichen Maschinen, die sonst Polyesterfasern produzieren, auch PLA-Fasern spinnen. Dazu wird der Kunststoff geschmolzen und durch feine Düsen gepresst. Die so entstehenden dünnen Fäden trocknen an der Luft.
"Mit der Polymilchsäure füllen wir eine Lücke zwischen den natürlichen und den synthetischen Fasern", sagt Eamonn Tighe von der Firma "Nature Works". Das US-Unternehmen, das seinen Sitz in Minneapolis hat, ist weltweit die einzige Firma, die PLA im großtechnischen Maßstab produziert. Tighe: "Der Rohstoff ist natürlich, aber die Eigenschaften der Fasern lassen sich mit den gleichen Techniken wie bei Chemiefasern auf unterschiedliche Erfordernisse einstellen." Naturfasern dagegen müsse man so nehmen, wie sie wachsen.
Wenn man sie unter dem Mikroskop betrachtet, ist zum Beispiel die Oberfläche vieler Naturfasern sehr zerklüftet. Synthetische Fasern hingegen sind glatt und gleichmäßig - ihre Form, Dicke und Oberflächenstruktur können die Hersteller durch die Regulierung des Düsenquerschnitts selbst bestimmen. Ursprünglich produzierte man Polyesterfasern zum Beispiel kreisrund, heute bevorzugt man ein sternförmiges Profil. Von zwei Fasern mit gleichem Volumen hat die sternförmige Faser nämlich die größere Oberfläche. Folglich kann sie mehr Wasser transportieren - Schweiß wird daher schnell aufgesaugt und an die Luft abgegeben.
Allerdings ist die Oberfläche der Faser nicht der allein entscheidende Faktor beim Feuchtigkeitstransport. Bedeutsam ist auch, wie viele Wasser aufnehmende - Chemiker sagen hydrophile - Anteile die langen Molekülketten enthalten, aus denen eine Faser besteht. "Bei Baumwolle ist die Hydrophilie stärker ausgeprägt als bei PLA", sagt der Golmer Forscher Gerald Rafler. Baumwolle binde das Wasser stärker und sei daher länger feucht.
Die Menge der Wasser aufnehmenden Anteile entscheidet auch darüber, wie gut die Fasern biologisch abbaubar sind. Denn nur an den hydrophilen Stellen greifen die Enzyme an, mit deren Hilfe Bakterien die Kettenmoleküle in kleinere, verdauliche Bruchstücke zerlegen. Unter Kompostierbedingungen zerfällt PLA durch diesen Verdauungsprozess in mehreren Monaten zu Wasser und Kohlendioxid.
Ähnlich gute Voraussetzungen für den Abbau von PLA bietet der menschliche Körper. Mediziner haben die Polymilchsäure daher schon Jahrzehnte vor den Textilherstellern entdeckt. "Seit rund 30 Jahren nähen Chirurgen Wunden mit Fäden aus PLA", berichtet Gerald Rafler. Seit mehr als 15 Jahren seien resorbierbare chirurgische Implantate aus diesem Material in Gebrauch, aber auch Arzneistoffträger, die sich im Körper auflösen und dabei Medikamente freisetzen.
Rafler selbst forscht auf diesem Gebiet: "Wir optimieren die mechanischen Eigenschaften der Medizinprodukte, zum Beispiel indem wir PLA mit anderen abbaubaren Kunststoffen mischen." Die Beimischungen können sowohl den Härtegrad eines Implantats ändern als auch die Geschwindigkeit, in welcher der Körper es abbaut. "Zum Beispiel sollen sich Implantate wie Schrauben und Platten bei Erwachsenen langsamer auflösen als bei Kindern, die schneller neues Gewebe bilden", erläutert Rafler.
Ist die Polymilchsäure also in Wirklichkeit ein alter Hut? Nicht wirklich, sagt Rafler. Schließlich sei bis vor Kurzem noch nicht an einen breiten Einsatz zu denken gewesen. Hochreine Polymilchsäure für medizinische Zwecke wird seit langem nur in kleinen Mengen von einigen hundert Kilogramm jährlich produziert. Pro Kilogramm kostet medizinisches PLA mehrere tausend Euro.
Heute produziert die Firma Nature Works jährlich etwa 140 000 Tonnen von dem Stoff - nicht in der Qualität, die für ärztliche Anwendungen erforderlich ist, dafür aber zu einem Tausendstel des Preises für hochreines PLA. "Es ist ganz klar ein Verdienst der US-Firma, das Verfahren für die großtechnische Produktion geschaffen zu haben", lobt Gerald Rafler. Wie die Methode im Einzelnen funktioniert, darüber schweigt man sich bei Nature Works aus.
Noch kostet die Ingeo-Faser etwa dreißig Prozent mehr als hochwertiges Polyester. Sie hat aber einen großen Vorteil: Ihr Preis hängt nicht von den schwankenden Erdölpreisen ab. "Wenn wir die Produktion der Faser erhöhen, könnte sie künftig billiger werden", sagt Tighe.
Interessenten für preiswertes PLA gibt es viele. In Heimtextilien wie Kopfkissen und Bettdecken dient die Faser bereits als Füllung. Sonnenrollos, die wegen der guten UV-Beständigkeit der Maisfaser besonders langlebig sind, sollen demnächst in den Verkauf kommen. Teurer als die Konkurrenzprodukte, aber ebenfalls schon auf dem Markt sind PLA-Folien für die Landwirtschaft und für Verpackungen. An Vliesen, die im Straßenbau oder auch in Babywindeln verwendet werden, arbeiten beispielsweise Forscher des Sächsischen Textilforschungsinstituts in Chemnitz.
Nature Works will nun weitere Rohstoffquellen erschließen. "Theoretisch eignet sich jede Pflanze, aus der sich Zucker gewinnen lässt, für diesen Zweck", sagt Tighe. "Langfristig ist es unser Ziel, PLA aus landwirtschaftlichen Abfallstoffen - zum Beispiel aus Blättern - herzustellen."
Auch in Deutschland sucht man nach neuen PLA-Quellen. Seit August wird am Leibniz-Institut für Agrartechnik in Potsdam-Bornim eine Pilotanlage gebaut, in der Milchsäure aus Roggen gewonnen werden soll. Mitte 2006 will man dort mit der Produktion beginnen, zunächst nur in kleinem Maßstab.
Können Bergsportler sich also schon bald von Kopf bis Fuß in Maisfasern hüllen? Wenn es dabei lediglich um T-Shirts und lange Unterhosen geht, ist das schon jetzt kein Problem mehr. Für die winddichte und zugleich wasserabweisende Funktionsjacke auf pflanzlicher Basis werden die Hersteller aber noch ein Weilchen brauchen.
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Grafik: Vom Maiskolben zum T-Shirt
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Foto: Aus Maiskörnern lassen sich in einem mehrstufigen Prozess (siehe Grafik) Fasern erzeugen, die zwei große Vorteile haben: Sie lassen sich ebenso verarbeiten wie viele Kunststoffe aus Erdöl, und sie sind nach Gebrauch biologisch abbaubar. Die Maisfasern eignen sich sogar für atmungsaktive Funktionskleidung.
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Bekleidung für Wanderer und Bergsteiger muss besonderen Ansprüchen genügen. Bisher wurden die Fasern für derartige Kleidungsstücke aus Erdöl hergestellt. Jetzt bietet eine Firma für Outdoor-Sportbekleidung aus dem bayerischen Ort Aschheim Funktionskleidung an, die aus pflanzlichen Quellprodukten erstellt wurde, die Ingeo-Faser. Rohstoff der Produkte ist Mais, angebaut auf US-amerikanischen Maisfeldern.

Der Vorteil der neuartigen Bekleidung liegt in der Feuchtigkeitsaufnahme dieser alternativen Fasern. Während Stoffe aus Baumwolle Körperschweiß aufsaugen, transportiert die pflanzliche Alternative aus Mais die Flüssigkeit vom Körper weg.

Für die Herstellung der Ingeo-Faser sind mehrere Bearbeitungsabschnitte notwendig. Nach der Ernte der Maisfelder wird die Stärke aus den Maiskörnern isoliert und durch Enzyme in Zucker zerlegt. Durch Umwandlung in Milchsäure entsteht eine Vorstufe der Ingeo-Faser. Die weitere Herstellung bringt dann einen Grundstoff hervor, das Polylactid (PLA).

Weltweit gibt es bisher erst eine Firma, die PLA herstellt. Diese Firma aus Minneapolis erzeugt pro Jahr rund 140.000 Tonnen PLA in einer hochwertigen Qualität. Die Firma hat eine Methode zur technischen Großproduktion entwickelt, gibt aber keine Einzelheiten über den genauen Herstellungsvorgang bekannt. 

Ingeo-Fasern kosten im Einkauf derzeit rund dreißig Prozent mehr als Polyesterstoff. Der Preis richtet sich nach der jeweiligen Produktionsmenge, je mehr erzeugt wird, umso niedriger wird der Herstellungspreis. Die Kunststoffproduktion auf Erdölbasis ist hingegen vom jeweiligen Erdölpreis abhängig.

Verwendet werden diese neuartigen Fasern nicht nur für Bekleidung, sondern auch im Bereich Heimtextilien für Kopfkissen und Bettdecken. Hersteller von Sonnenrollos schätzen die Ingeo-Faser wegen ihrer langen Haltbarkeit.

Auch in Deutschland sind Wissenschaftler bereits damit beschäftigt, die Herstellung des PLA’s zu erkunden. Naturfreunde können damit rechnen, in absehbarer Zeit ihre komplette Bekleidung aus Naturstoffen erhalten zu können.