Finnisches Projekt zu biobasierten Materialien treibt 100% Zellulose-basierte Folien- und Beschichtungstechnologie als skalierbre Alternative zu fossilen Verpackungen voran

VTT Technisches Forschungszentrum Finnland und die LUT Universität haben durch das F3 – Films for Future bio-based materials Projekt – die Entwicklung einer reinen Zellulosebasierten Folie und Beschichtung vorangetrieben, die es der Verpackungsindustrie ermöglicht, Plastik zu reduzieren und zu ersetzen und gleichzeitig Leistungs- und Verarbeitungsanforderungen zu erfüllen. Die Materialien kombinieren plastikartige Funktionalität mit festgelegter Lebensdauerleistung: Folien sind von Natur aus bioabbaubar, während sich Beschichtungen sowohl für das Recycling innerhalb faserbasierter Systeme als auch für den biologischen Abbau eignen.

Die Technologie ermöglicht es, Zellulose als Polymer statt als Faser zu verarbeiten, wodurch eine transparente Folie entsteht, deren mechanische und Barriereeigenschaften mit Plastik vergleichbar sind. Die Entwicklung kommt zu einem Zeitpunkt, da Regulierungen, einschließlich der EU Verpackungsverordnung (EU Packaging and Packaging Waste Regulation, PPWR), Anforderungen rund um Recycelbarkeit, Materialzusammensetzung und Auswirkungen über den Lebenszyklus, verschärft werden.

“Plastikfolien gehören zu den am weitesten verbreiteten Verpackungsformaten, sind jedoch gleichzeitig schwer zu recyceln und eine der Hauptursachen für anhaltende Umweltverschmutzung”, sagt Ali Harlin, Forschungsprofessor bei VTT und einer der leitenden Koordinatoren des F3-Projekts. ​“Gleichzeitig arbeiten wir mit Herstellern zusammen, um ihnen dabei zu helfen, die sich ändernden regulatorischen Anforderungen zu erfüllen und zugleich den Produktschutz, die Haltbarkeit und die Prozesseffizienz zu erhalten. Zellulosematerialuien eröffnen neue nachhaltige Lösungen für Verpackungen.”

Die F3 Materialplattform ist darauf ausgelegt, in existierenden Verarbeitungstechnologien integriert zu werden sowie in die aktuellen Recycling-Ströme und biologischen Abbauwege passt, je nach Anwendung. Im Gegensatz zu vielen biobasierten Alternativen wird so der typische Kompromiss zwischen Funktionalität und der Entsorgung am Ende der Lebensdauer vermieden.

Das Projektbaut auf Fortschritten in der Auflösung und Regeneration von Zellulose auf, was die Produktion von Folien mit hoher Transparenz, mechanischer Stärke und Barriereeigenschaften ermöglicht. Verarbeitungskompabilität wurde durch konventionelle Methoden gezeigt, etwa Thermoformen, was die Integration in bestehende industrielle Infrastrukturen unterstützt.

“Es wurde bereits gezeigt, dass die Zellulosefolien und ‑beschichtungen die Eigenschaften haben, um in verschiedenen Verfahren zur Umwandlung von Verpackungen verarbeitet zu werden, was ihr zukünftiges Potenzial hervorhebt.”, sagt Ville Leminen, Professor für Verpackungstechnologie an der LUT Universität und Leiter des LUT Unterprojekts.

“Die richtige Balance zwischen Funktionalität und Nachhaltigkeit zu finden ist von entscheidender Bedeutung für die Zukunft der Verpackungsindustrie. Durch das F3-Projekt haben wir diese Lücke geschlossen, indem wir völlig kunststofffreie Barrierebeschichtungen entwickelt haben, die hohe Leistungsfähigkeit bieten ohne dabei ökologische Kompromisse einzugehen. Durch die Nutzung unserer Offline-Beschichtungsanlage sind wir jetzt in der Lage, diese Lösungen auf Papier und Karton für anspruchsvolle Anwendungen in der Lebensmittelverpackung zu vermarkten”, sagt Carl-Erik Guttormsen, Bereichsleiter bei Colombier Finnland.

In der Zukunft könnte die Plattform möglicherweise Wege jenseits des Kunststoffersatzes öffnen. Das Material kann multifunktionale Anwendungen unterstützen, einschließlich Barrierebeschichtungen, antimikrobielle oder antioxidative Funktionalitäten sowie umweltresponsive Verpackungne, die auf Luftfeuchtigkeit, Gaszusammensetzung oder pH-Wert reagieren können. Diese Fähigkeiten gewinnen an Bedeutung, da sich die Verpackungstechnologie hin zu aktiven und intelligenten Systemen wandelt.

“Die Einbindung dieser Plattformen in die Wertschöpfungskette ist essenziell für den fortschreitenden Wandel hin zu vollständig erneuerbaren und recycelbaren Technologien. Wir sehen die Chemie als den entscheidenden Faktor für diesen Wandel”, sagt Mats Berg, leitender Wissenschaftler, Entdeckung & Innovation bei Kemira.

Das F3-Projekt wurde im März 2026 beendet und zeigte, dass die Produktion zellulosebasierter Folien und Beschichtungen im Pilotmaßstab für verschiedene Anwendungen machbar ist. Für Folien zeigen die Ergebnisse das Potenzial als eigenständiges, transparentes Verpackungsmaterial mit inhärenter biologischer Abbaubarkeit. Für Beschichtungen ermöglicht die Technologie leistungsfähige Barriereschichten, die die Recycelbarkeit in Faser-basierten Verpackungssystemen unterstützen, während sie gleichzeitig Bioabbaubarkeit bieten, wo nötig. Die Arbeit beinhaltete Kollaborationen zwischen Forschungsorganisationen, Industriepartnern und Förderinstitutionen, mit dem Ziel, die Technologie von einer Laborentwicklung hin zur skalierbaren Fertigung voranzutreiben.

“Die größte Herausforderung war nicht die Frage, ob alternative Materialien existieren, sondern wie diese in einer Art verarbeitet werden können, dass sie industriellen Anforderungen entsprechen”, sagt Vinay Kumar, leitender Wissenschaftler bei VTT. ​“Was jetzt gezeigt wurde ist eine zukunftsfähige Materialplattform, die eine Alternative zu Kunststoff ermöglicht und Nachhaltigkeit mit der Möglcihkeit kombiniert, sie in bestehende Herstellungs- und Recycling-Systeme zu integrieren. Wir sehen großes Potenzial, dies mit Industreipartnern weiterzuentwickeln.”

“Aus einer Industrie-Perspektive sind Skalierbarkeit und Kompatibilität wichtige Faktoren”, sagt Riku Talja, Entwicklungsleiter bei Metsä Board. ​“Lösungen, die auf aktuelle Verarbeitungstechnologien und Recycling-Infrastruktut abgestimmt sind, haben weitaus bessere Chancen, den Übergang von der Pilotphase zur industriellen Nutzung zu schaffen.”

Die nächste Phase wird sich auf die Skalierung der Technologie hin zu einer kommerziellen Anwendung konzentrieren, mit ersten Anwendungsfällen in der Trockenlebensmittelverpackung, Backwaren und faserbasierten Verpackungen, die transparente Barriereschichten benötigen. Die Folien bieten Sauerstoff-Barriereeigenschaften (Sauerstoffdurchlässigkeitsrate, engl. OTR unter 1 cc/​m²/​Tag), die vergleichbar sind mit konventionellen Kunststoffen bei 23 °C und 50 % Luftfeuchtigkeit. Die BEschichtungen hingegen ermöglichen Sauerstoff- (OTR unter 0,2 cc/​m²/​Tag) und Fettbarriereeigenschaften (KIT 12) in recycelbaren faserbasierten Verpackungssystemen.

Weitere Entwicklungen werden auf die Barriereleistung unter feuchten Bedingungen sowie auf die Integration mehrerer Funktionen innerhalb eines Einstoffsystems abzielen. Die Digitalisierung, einschließlich sensorbasierter oder vernetzter Verpackungen, wird vorasussichtlich ebenfalls eine Rolle in zukünftigen Anwendungen spielen.

Über Verpackungen hinaus hat die Materialplattform mögliche Anwendungsgebiete wie medizinische Materialien, Elektronik und funktionale Beschichtungen, was die breite Rolle von Zellulose als erneuerbares und vielfältiges Polymer in zukünftigen Materialsystemen wiederspiegelt.

Die Entwicklung richtet sich an der strategischen Mission von VTT aus, nachhaltiges Wachstum zu beschleunigen, Industrien zu erneuern und Firmen darin zu unterstützen, neue Technologien zu skalieren, die zum grünen Wandel beitragen.