Neue Materialien kurbeln den Stoffwechsel an

Frühmorgens in einer Werkshalle: Ein neues Bauteil gleitet aus der Maschine. Federleicht, hochstabil und gleichzeitig so entwickelt, dass es sich am Ende seines Lebenszyklus vollständig recyceln oder biologisch abbauen lässt. Schauplatzwechsel in ein medizinisches Labor: Ein Implantat entsteht im 3D-Drucker. Individuell angepasst und so ausgelegt, dass es sich im Körper schrittweise abbaut, während neues Gewebe nachwächst. Was heute schon vereinzelt Realität ist, hat das Potenzial, ganze Branchen zu verändern. Neue Materialien markieren einen tiefgreifenden Wandel. Sie sind längst nicht mehr nur Werkstoff, sondern ein zentraler Treiber für Innovation und Zukunftsfähigkeit.

Auf der politischen Agenda

Diesen Wandel hat auch die Politik erkannt. Die EU stuft „Advanced Materials“ als Schlüsseltechnologie ein. 

„Wir wollen, dass Europa bei der Entwicklung fortschrittlicher Materialien, die für die Innovationen von heute und morgen entscheidend sind, eine Vorreiterrolle einnimmt“, 

stellt Ekaterina Zaharieva, EU-Kommissarin für Start-ups, Forschung und Innovation, klar. Konkret heißt das: Forschung und Technologie stärker vernetzen, neue Entwicklungen schneller in die industrielle Anwendung bringen und Abhängigkeiten von kritischen Rohstoffen verringern. Der geplante Advanced Materials Act soll dafür den rechtlichen Rahmen schaffen. 

Österreich setzt auf Materialkompetenz

Auch Österreich setzt hier klare Akzente. In der Industriestrategie 2035 sind fortschrittliche Werkstoffe als wichtiges Zukunftsthema verankert. Ziel ist ein resilienter, wettbewerbsfähiger Industriestandort mit hoher technologischer Kompetenz und nachhaltiger Wertschöpfung. Aktuell entsteht eine nationale Advanced Materials Roadmap, die Orientierung geben soll, wie Forschung, Innovation und Industrie gezielt weiterentwickelt werden können, damit Österreich wettbewerbsfähig bleibt.

Starkes Netzwerk für Innovation

Besonders deutlich wird diese strategische Ausrichtung in Ober- und Niederösterreich. Hier ist nahezu die gesamte Kunststoff  und Materialwertschöpfungskette vertreten – vom Rohstoff über Maschinen und Werkzeugbau bis zur Anwendung. Große Industriebetriebe arbeiten eng mit spezialisierten KMU zusammen. Kooperation gehört zur Kultur, forciert durch den Kunststoff-Cluster. Hinzu kommt ein dichtes Forschungsnetzwerk: die JKU Linz, die FHs Wels und Wiener Neustadt, anwendungsnahe Institute wie das TCKT, COMET Zentren und Plattformen wie A2LT. Hier treffen Kunststofftechnik, Leichtbau, Digitalisierung und Fertigung aufeinander. Die räumliche und organisatorische Nähe verkürzt Wege und beschleunigt den Transfer in die Industrie. Doch was treibt diese Entwicklung an? 

Die Treiber des Fortschritts

Für Christian Paulik, Professor an der JKU Linz und wissenschaftlicher Leiter des Kompetenzzentrums CHASE, liegen die Treiber klar auf der Hand: 

„Die wichtigsten technologischen Trends sind Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft, Leichtbau und Mobilität, Medizintechnik aber auch Anforderungen, die aus der Elektrifizierung von Prozessen und aus regulatorischen Vorgaben entstehen.“ 

Eine weitere Dimension bringt die Leiterin des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung in Würzburg, Miriam Unterlass, ein: KI-gestützte Methoden, Robotik, automatisierte Syntheseplattformen sowie neue Herstellverfahren beschleunigen die Entwicklung von Advanced Materials deutlich.

Materialien, die mehr können

Auch Dietmar Drummer vom Institut für Kunststofftechnik der Universität Erlangen-Nürnberg beobachtet, wie sich das Feld öffnet – hin zu einer engeren Verbindung von Technik und Biologie, aus der intelligente und nachhaltigere Materialien entstehen. Bio-Hybrid-Systeme kombinieren klassische Polymere mit lebenden Organismen, sensitiven oder bioaktiven Werkstoffen. Das eröffnet völlig neue Ansätze: etwa selbstheilende Materialien durch eingebettete Bakterien oder Mikrokapseln, biobasierte Polymere, die aus Algen, Pilzmyzel oder landwirtschaftlichen Abfällen gewonnen werden, sowie Blendsysteme aus Polymeren und Hydrogel, die mechanische und pharmakologische Eigenschaften verbinden und sich damit für Implantate oder die Wundheilung eignen.

Wenn Materialien Wertschöpfung verschieben

Neue Materialien verändern aber nicht nur Produkte, sie ordnen ganze Wertschöpfungsketten neu. Paulik beobachtet Veränderungen über den gesamten Lebenszyklus hinweg: von der Rohstoffwahl über Design und Fertigung bis zum Recycling. Als konkrete Beispiele nennt er den Umstieg auf biobasierte Materialien, den Einsatz von Rezyklaten oder den Ersatz kritischer Additive wie PFAS. 

„Diese Veränderungen greifen tief in bestehende Wertschöpfungsketten ein“, 

ist er überzeugt.

Wo Advanced Materials den Unterschied machen

Die Anwendungsfelder für Advanced Materials sind breit. Dietmar Drummer sieht großes Potenzial in Mobilität, Elektronik, Medizintechnik sowie in tribologischen und barriererelevanten Anwendungen. Europa sei dafür bestens aufgestellt. 

„Unsere Stärke liegt in der Kombination aus einer schlagkräftigen chemischen Industrie, einem hochmodernen Maschinenbau und innovationsstarken Anwendern.“ 

Doch es geht nicht nur um neue Materialien, sondern auch um neue Wege, sie herzustellen. Miriam Unterlass forscht mit ihrem Team an nachhaltigen Herstellprozessen. 

„Am Fraunhofer ISC arbeiten wir beispielsweise an hydrothermalen Verfahren, die ohne organische Lösungsmittel auskommen, weniger Energie benötigen und zugleich die Materialeigenschaften verbessern. Besonders spannend sind Materialien, die zeigen, dass kein Zielkonflikt zwischen Nachhaltigkeit und Performance bestehen muss.“

Vom Labor in die Praxis

Wie sich Materialforschung in praxistaugliche Lösungen übersetzen lässt, zeigen aktuelle Beispiele aus Österreich. Der Spezialist für Hochleistungskunststoffe Ensinger mit einer österreichischen Niederlassung in Seewalchen entwickelt eine neue Generation technischer Partikelschäume, die Leichtbau, mechanische Belastbarkeit und Recyclingfähigkeit vereinen. Klassische Schäume wie Polypropylen oder Polystyrol stoßen bei hohen Temperaturen, Dauerbelastung oder aggressiven Chemikalien oft an ihre Grenzen. Ensinger setzt daher auf Thermoplaste wie PEEK, PESU und PC. 

Neues Verfahren für neue Eigenschaften

Ein neu entwickeltes, energieeffizientes Verfahren ermöglicht eine feine und homogene Zellstruktur. Dichte und Materialeigenschaften lassen sich gezielt anpassen – von ultraleichten Lösungen bis hin zu strukturtragenden Bauteilen. Die Partikelschäume sind leicht, robust, schlagzäh und je nach Kunststoff bis zu 300°C temperaturbeständig. Sie sind resistent gegen Öle, Fette, Reiniger oder Lösungsmittel und eröffnen neue Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, Elektronik, Medizintechnik und Mobilität.

Materialien für die moderne Medizin

An der JKU Linz entstehen Materialien, die den Weg in den klinischen Alltag beschreiten: innovative, abbaubare Polymere für die Knochenregeneration. Am Institut für Chemie der Polymere entwickelte das Team um Ian Teasdale und Oliver Brüggemann ein ganz besonderes polymerisierbares Monomer für abbaubare Polymere. Die Methode erlaubt die Herstellung kleiner Moleküle, die sich durch chemische Reaktionen mit anderen Molekülen zu deutlich größeren verbinden. Durch präzises Anwenden dieser Prozesse lässt sich festlegen, wie schnell sich das Molekül bindet. Auf diese Weise kann man sozusagen tunen, wie schnell ein Material im menschlichen Körper abgebaut wird. 

Natur als Vorbild

Bei der Entwicklung hat sich die Forschungsgruppe von der Natur inspirieren lassen. Genau wie natürliche Knochen bestehen diese neuen Materialien aus Phosphor und Aminosäuren. Das prädestiniert sie für Anwendungen in der Orthopädie. Um diese Technologie rasch in die Praxis zu bringen, gründete das Team das JKU-Spin-off Resorbink. Es soll die Methode in marktfähige Anwendungen überführen, etwa als Tinte für den 3D-Druck patientenspezifischer Implantate. 

Vom Labor in die Anwendung

Projekte wie diese stehen für einen Standort, an dem Entwicklung und Praxis eng zusammenwirken – eine wichtige Voraussetzung für internationale Wettbewerbsfähigkeit. Doch trotz aller Fortschritte ist der Weg in die industrielle Anwendung anspruchsvoll. Besonders das Langzeitverhalten innovativer Materialien stellt hohe Anforderungen. 

„Für Fertigungssimulationen, Zulassungen oder Qualitätsprozesse braucht es zahlreiche Kennwerte, deren Ermittlung Zeit und Geld kostet. Gleichzeitig variiert die Investitions- und Risikobereitschaft international stark – vor allem in neuen Absatzmärkten“, 

merkt Drummer an.

Transfer rechtzeitig mitdenken

Miriam Unterlass sieht in der Skalierung eine der größten Hürden. Was im Labor gut funktioniert, lässt sich nicht automatisch industriell fertigen. Reproduzierbarkeit, Prozessstabilität und Kosten spielen hier eine zentrale Rolle. 

„Oft werden Materialentwicklung und industrielle Anforderungen nicht früh genug zusammen gedacht. Im Labor zählen Funktionalität und Performance. Fragen zur Verarbeitbarkeit, Integration in bestehende Prozesse oder regulatorische Vorgaben folgen erst später. Ähnliches gilt für Lieferketten und Rohstoffverfügbarkeit. Diese Dinge werden im frühen Entwicklungsstadium oft noch nicht systematisch mitgedacht. Das kann den späteren Transfer erheblich erschweren“, 

erklärt die Expertin.

Wertschöpfung wird komplexer

Hinzu kommt die Komplexität der Wertschöpfungsketten. Viele Akteure sind beteiligt und müssen eng zusammenarbeiten, was Zeit und Abstimmung erfordert. Gleichzeitig fehlen oft geeignete Schnittstellen oder Pilotstrukturen, um neue Materialien unter realistischen Bedingungen zu testen. Wichtig ist daher, Materialien von Anfang an gemeinsam mit Prozessen, Anwendungen und Lieferketten zu denken.

Was Unternehmen jetzt tun sollten

Für Unternehmen wird damit die Richtung klar: Advanced Materials werden immer mehr zum entscheidenden Faktor für Innovation und Wettbewerbsfähigkeit. Ihr Potenzial entsteht nicht nur durch das Material selbst, sondern vor allem im Zusammenspiel mit Verarbeitung und Anwendung. Gleichzeitig eröffnen sie neue Möglichkeiten, Produkte zu verbessern und sich im Wettbewerb abzuheben. Wer diese Chancen nutzen will, sollte früh handeln: in neue Technologien investieren, eigene Materialkompetenz aufbauen und eng mit Forschung und Partnern zusammenarbeiten. Christian Paulik rät auch, den Fokus zu verändern: 

„weg vom reinen Materialpreis, hin zu Performance und Gesamtnutzen. Wer diesen Wechsel konsequent vollzieht, wird überproportional vom Wachstum profitieren.“