Entwicklung von Grasfaser-Kunststoffen

An der Hochschule Darmstadt (h_da) forscht ein Team um Professor Martin Moneke an grasfaserverstärkten Kunststoffen. Das ist kein Tippfehler. Im Forschungsprojekt „Gras-to-Plast“ geht es tatsächlich um die Kombination von Gras und Polypropylen. Die Verbindung hat viele Vorteile: Die Kunststoffproduktion wird dadurch nachhaltiger und energieeffizienter. Gleichzeitig können Landwirte brachliegende Wiesen weiter gewinnbringend bewirtschaften. So wird aus Wiesengras ein Werkstoff für die Industrie.

Von Christina Janssen, 28.10.2026

Wie war das doch gleich mit der Müllerstochter, die im Märchen vom Rumpelstilzchen Stroh in Gold verwandeln soll? Da liegt ein Häufchen feiner, getrockneter Grasfasern auf dem Tisch vor Prof. Dr.-Ing. Martin Moneke – und der Wissenschaftler erklärt mit Begeisterung, wie man daraus einen „richtig coolen Kunststoff“ herstellen kann. Nun ist Kunststoff zugegebenermaßen kein Gold, er ist aber teurer als man meint: „Wenn man Kunststoff in großen Mengen einkauft“, erklärt Moneke, „ist er je nach Produktionsweise teurer als Stahl oder Aluminium.“

Und das Gras? Es hilft dabei, den teuren Kunststoff nachhaltiger und günstiger zu machen. Seit circa zehn Jahren sind Grasfaser-Kunststoffe auf dem Markt. Je höher der Grasanteil, desto weniger erdölbasierte Ausgangsstoffe braucht man für die Produktion. Moneke zeigt auf einen grau gesprenkelten Kleiderbügel, der neben dem Faserhäufchen auf dem Tisch liegt: „Das ist Kunststoff auf Polypropylenbasis. Die grauen Sprenkel sind die Grasfasern“. Millionenfach hängen solche Bügel, meist hübsch eingefärbt, in deutschen Geschäften.

Ziel des Projekts „Gras-to-Plast“, an dem Moneke und sein Team anderthalb Jahre gearbeitet haben, war es, Biokunststoffe nachhaltig zu optimieren. Konkret ging es um genau den Kunststoff, den die Firma Cortec im hessischen Wald-Michelbach für die Produktion besagter Kleiderbügel verwendet. Mehr als 60 Millionen Kleiderbügel versendet das Unternehmen nach eigenen Angaben jedes Jahr an Kunden in aller Welt. Das dafür verwendete Gras stammte bislang aus Monokulturen. Es wurde also eigens für die Kunststoffproduktion angebaut. Das soll sich nun ändern.

Statt Gras aus Monokulturen zu verwenden, experimentierten Moneke und sein Team deshalb mit Gräsern von brachliegenden Grünflächen. Davon gibt es immer mehr, weil die Milchwirtschaft in Deutschland schrumpft. Die artenreichen blühenden Wiesen sollen aber trotzdem erhalten bleiben, auch als Einnahmequelle für die Landwirte. „Die Milchwirtschaft verschwindet, deshalb benötigen die Landwirte einen Ersatzmarkt“, sagt Moneke. Diesen Ersatzmarkt bietet die Kunststoffindustrie, die das Gras kauft, um es als Rohstoff zu verarbeiten. Damit wäre die recht komplexe Ausgangslage für das Projekt grob umrissen.

Die größte Herausforderung in Monekes Projekt: Gras ist nicht gleich Gras. Das verwendete „Dauergrünlandgras“ besteht nicht aus einer Pflanzenart, sondern aus rund 20 verschiedenen Gräsern, Kräutern und Blumen. Bis zu viermal jährlich wird gemäht, dann hat es mehr oder weniger geregnet, es war mehr oder weniger heiß – und entsprechend verändern sich Zusammensetzung und Eigenschaften der Pflanzen. Aufgabe der Forscher war es, trotz dieser Unwägbarkeiten eine robuste Rezeptur zu entwickeln für ein Material, das immer dieselben reproduzierbaren Eigenschaften hat. „Die Rohstoffbasis ist unbestimmt“, stellt Moneke nüchtern fest und beschreibt damit eigentlich einen ingenieurwissenschaftlichen Albtraum. Materialien, mit denen im Labor gearbeitet wird, sind normalerweise exakt definiert und standardisiert. Das Gras ist dagegen eine Wiesenwundertüte. „Der ganze Prozess ist hochgradig unbestimmt, so etwas macht mich komplett nervös“, gibt Moneke zu, kann inzwischen aber darüber lachen. Denn er konnte zeigen: Das „Chaosgras“ funktioniert.

Damit solch ein Naturprodukt überhaupt weiterverarbeitet werden kann, wird es aufwändig vorbehandelt. Im Projekt war dafür der Partner BioWert Industrie im Odenwald zuständig. Dort wird das Gras zunächst fermentiert, Erde, Sand und Steine werden herausgewaschen. Ein Mazerator schließt das Material auf und zerfasert es, dann wird es getrocknet und geschnitten. Experimentiert wurde im 1000 Quadratmeter großen Technikum am Fachbereich Maschinenbau und Kunststofftechnik mit Wiesengras aus verschiedenen Regionen. „VB4“ ist auf einem der Beutel notiert, der mit schwarz-braunen Kunststoffkörnchen gefüllt ist. Das Kürzel steht für Vogelsberg 4. Von dort kam das „Lieblingsgras“ des Teams, wie Moneke berichtet. Die Flexibilität der Fasern war dabei ein entscheidender Faktor, denn sie beeinflusst die Dosierbarkeit des Grases bei der Kunststoffherstellung. Sie zu messen, stellte sich aber als vertrackt heraus. Die feinen Hälmchen mussten dafür in ein Hightech-Gerät eingespannt werden. Da waren Fingerspitzengefühl, Kreativität und technische Workarounds gefragt.

Und auch die Vorarbeit fürs „Biegen und Brechen“ war eine Geschichte für sich: Um angesichts des Naturmaterials zumindest ansatzweise für Systematik und Reproduzierbarkeit zu sorgen, wurden die Fasern in vier Kategorien eingeteilt – von hauchdünn bis etwas dicker. Eine wissenschaftliche Hilfskraft sortierte deshalb einen Tag lang mit der Pinzette dickere und dünnere Gräschen auseinander. So kann es kommen, wenn Natur auf Wissenschaft stößt. Denn am Ende geht es nicht nur darum, Grasfasern in Kunststoff zu packen. Sie sollen dem Material auch gezielt bestimmte Eigenschaften verleihen.

Die an der h_da entwickelte neue Kunststoffrezeptur enthält 30 Masseprozent Grasfasern. Der Rest besteht aus 60 Prozent Polypropylen, fünf Prozent Haftvermittler, der dafür sorgt, dass sich Gras und Kunststoff miteinander verbinden, und fünf Prozent Fließverbesserer, durch den sich das Material besser verarbeiten lässt. Die Herausforderung bestand darin, die Rezeptur so weiterzuentwickeln, dass man daraus auch anspruchsvollere Artikel herstellen kann: kleine Stapel- und große Transportboxen zum Beispiel. Die müssen einiges aushalten, wenn sie aufeinandergetürmt oder mit einem Gabelstapler bewegt werden. „Das heißt, draufhauen – und trotzdem darf nichts kaputt gehen“, fasst Moneke das Prinzip zusammen.

Entsprechend ruppig ging es im Labor manchmal zu: Da wurden die mit Spritzgießtechnik gefertigten Objekte etlichen Stresstests unterzogen. „Wir haben die Stapelboxen aus fünf Metern Höhe auf den Boden fallen lassen und Durchstoßversuche gemacht.“ Am Ende bestand das Material alle Tests, die „Schlagzähigkeit“ wurde um rund 20 Prozent gesteigert. Der neue Kunststoffmix ist also besonders stabil und es bilden sich weniger schnell Risse. Auch die Verarbeitung ist einfacher und effizienter: „Bei der Vorgängerversion lagen viele Fasern an der Oberfläche und konnten deshalb Wasser aufnehmen“, erklärt Moneke. „Dadurch gab es Belagbildung, Wartungs- und Reinigungsaufwand – und viel Ausschuss.“

Die neue Rezeptur integriert das Gras besser in den Kunststoff, lässt sich bei niedrigeren Temperaturen und geringeren Drücken verarbeiten und läuft stabiler durch den Spritzgießprozess. Kleiderbügel, Stapelboxen und Co. können nun nach Projektabschluss mit dem neuen Materialmix in die Produktion gehen. „Wir haben im Projekt ein Technology-Readiness-Level von 8 oder 9 erreicht“, freut sich der Forscher. Auf der neunstufigen Skala bedeutet das: Das Produkt ist bereit für den Einsatz. Und noch etwas macht den Grasfaser-Kunststoff interessant: Er lässt sich recyceln. Kommt ein Kleiderbügel wieder zurück, kann er erneut zu Granulat verarbeitet und daraus ein neuer Bügel hergestellt werden. Das funktioniert allerdings nur in einem geschlossenen Kreislauf.

Dabei ließ der Projektverlauf den großen Erfolg nicht erahnen. Auf die Frage, ob auch mal etwas gründlich schiefgegangen sei, antwortet Moneke: „Ständig.“ Im Weg standen nicht nur die Unberechenbarkeit des Naturmaterials, sondern auch technische Herausforderungen im Labor. Zum Beispiel: Das Gras in die Kunststoffmaschine, den Extruder, zu bekommen. Die Fasern sind standardmäßig bis zu 20 Millimeter lang – die Öffnung der vorhandenen Maschine ist aber nur 15 Millimeter groß. „Die Fasern sind strohig und wollig fein“, erläutert Moneke. „Das verklumpt ohne Ende.“ Die vorhandene Anlage konnte aber nicht einfach durch eine größere ersetzt werden. „Das war das Erste, was wir lösen mussten“, sagt Moneke.

Technisch funktioniert die Kunststoffherstellung über einen Compoundierprozess: Polypropylen-Granulat wird im Extruder aufgeschmolzen. In diese zähflüssige Masse können die Grasfasern und weitere Bestandteile eingemischt werden. Am Ende kommt ein langer Kunststoffstrang aus der Düse, der wieder in kleine Körner geschnitten wird. Aus diesem Granulat können anschließend im Spritzgießverfahren Produkte entstehen. Dass aus der zunächst ziemlich widerspenstigen Mischung am Ende tatsächlich ein brauchbarer Werkstoff wurde, ist für Moneke ein echter Erfolg. „Ich finde das ziemlich cool“, sagt er. Denn hinter dem Projekt steckt nicht nur Produktentwicklung. Das Team wollte auch wissenschaftlich verstehen, warum das Material sich so verhält – und wie sich seine Eigenschaften gezielt verändern lassen.

Und dann war da noch die Zeit. Das Projekt war ursprünglich auf 24 Monate angelegt, tatsächlich konnte das Team wegen des vorzeitigen Endes des Förderprogramms „Bioball“ nur rund 20 Monate daran arbeiten. Trotzdem wurden alle Arbeitspakete abgeschlossen. „Zu sehen, dass wir das schaffen, war mein persönlicher Hurra-Moment“, erinnert sich Moneke. So entstanden ein fertiges Produkt, zwei Masterarbeiten, eine Bachelorarbeit, mehrere studentische Forschungsarbeiten im Rahmen des Masterstudiums und eine peer-reviewte wissenschaftliche Veröffentlichung. Dazu kamen Präsentationen auf wissenschaftlichen Fachkonferenzen und einer internationalen Kunststoffmesse. Für Moneke ist das angesichts der vielen Unwägbarkeiten bemerkenswert: „Wir hatten relativ viele Herausforderungen und ich muss rückblickend sagen, dafür haben wir erstaunlich viel geschafft.“