Magnesium als Biomaterial - Innovationen in der Medizin und Werkstofftechnik

Projektbeschreibung und Forschungsinhalte

Das Interesse an Magnesium für den Einsatz als resorbierbares Implantatmaterial führt bereits auf das Ende des 19. Jahrhunderts zurück. Mediziner erkannten die biokompatiblen und knochenähnlichen Eigenschaften und nutzten das Korrosions- und Absorptionsverhalten im menschlichen Körper als Vorteil für selbstauflösende, temporäre Implantate. Die technologischen Möglichkeiten begrenzten jedoch die Weiterentwicklung mechanischer Eigenschaften und die Steuerung der Korrosionsrate. In den vergangenen Jahren rückte Magnesium als Biomaterial erneut stark in den Fokus und erhielt sogar erfolgreich Einzug in den Markt. Erste medizinische Produkte für vaskuläre Anwendungen sowie für Frakturbehandlungen werden erfolgreich eingesetzt. Die Beeinflussung des Korrosionsverhaltens, der Materialkennwerte sowie des biologischen Verhaltens in vivo stehen weiterhin im Fokus der Forschung, um die Einsatzmöglichkeiten zu erweitern.

Im Rahmen der Forschungsarbeit werden die Anforderungen aus medizin-, bio- und materialwissenschaftlicher Sicht untersucht. Die Erfahrungen mit herkömmlichen Implantaten werden genutzt, um mit Hilfe von Expertenbefragungen die medizinischen Anforderungen zu ermitteln. Eine derartige Marktanalyse integriert die unterschiedlichen Forschungsbereiche und zeigt die priorisierten Anforderungen für eine weiterführende anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung von magnesiumbasierten Biomaterialien.

Unter der fachlichen Leitung von Prof. Dr. rer. pol. Michael Höck sind M. Sc. Sarah Siefen mit der Bearbeitung der Arbeitspakete betraut.

Publikationen

S. Siefen, M. Hoeck: Magnesium als Biomaterial – Ein Treiber für neue Innovationen in der Medizin und Werkstofftechnik; In: Metall, Jg. 72, Heft 5, S. 184-191.

S. Siefen, M. Hoeck: Development of magnesium implants by application of conjoint-based quality function deployment. in: Journal of Biomedical Materials Research Part A, pp. 1-21.

Primärmagnesiumgewinnung aus geeigneten Salzlösungen der Kaliindustrie

Projektbeschreibung und Forschungsinhalte

Magnesium besitzt eine relativ geringe Dichte (1,74 g/cm³) und ist der leichteste metallische Kon­struktionswerkstoff. Da Magnesiumlegierungen zudem eine hohe Festigkeit aufweisen, besitzen diese Werkstoffe hervorragende Voraussetzungen als Leichtbaumaterial, z.B. für die Automobil- oder Luftfahrt­industrie. Andererseits besteht bei dem Primärmagnesium eine starke Import­ab­hängigkeit Deutschlands. So besitzt die VR China derzeit einen Anteil von 82% an der weltweiten Produktion gefolgt von den USA mit 6,6% und der Russischen Föderation mit aktuell 5%. Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, ob eine inländische Magnesium­produktion sowie die Nutzung ein­heimischer Rohstoffe wirtschaftlich sind.

Ein zentraler inländischer Rohstoff der Primärmagnesiumgewinnung ist magnesiumhaltiges Kalisalz. Deutschland gehört im Ländervergleich zu den viertgrößten Kalisalzproduzenten weltweit und den drittgrößten Erzeugern Europas. Im Jahr 2011 betrug die Rohförderung der K+S KALI GmbH in Deutschland rund 37 Mio. t, wobei etwa 1,35 Mio. t Nebenprodukte anfielen, wie Rückstandssalz, Brom, Magnesiumchlorid, Magnesiumchloridlauge, Kieserit und andere Magnesiumerzeugnisse. Gegenwärtig werden zwei weitere deutsche Lagerstätten geprüft, die bei einer Kapazitätser­weiterung die Rohförderung magnesiumhaltiger Salze weiter steigern würden. Ein bedeutendes Nebenprodukt bei der Verarbeitung dieser Salze im Rahme der Düngemittelproduktion sind mag­nesium­chloridreiche Salzlösungen.

Das Ziel dieser Studie ist es, die Machbarkeit der Primärmagnesiumgewinnung aus mag­ne­sium­chloridhaltigen Salzlösungen der Kaliindustrie zu untersuchen. Im Wesentlichen werden vier Arbeitsziele verfolgt:

• Langfristige Nachfrage- und Angebotsprognose des Primärmagnesiums
• Technologiebewertung der Primärmagnesiumgewinnung
• Ökologische Bewertung der Primärmagnesiumgewinnung
• Investitions- und Betriebskostenanalyse.

Unter der fachlichen Leitung von Prof. Dr. rer. pol. Michael Höck sind M. Sc. Sarah Siefen und M. Sc. Peter Zippel mit der Bearbeitung der Arbeitspakete betraut.

Publikationen

M. Höck: Sachstandsanalyse Magnesium: in DECHEMA Positionspapier Anorganische Rohstoffe – Sicherung der Rohstoffbasis von morgen, ProcessNet Temporärer Arbeitskreis „Rohstoffe und Kreislaufwirtschaft“ (Hrsg.), Frankfurt a.M. 2015, S. 41- 43.

M. Hoeck, S. Siefen, P. Zippel: Die wirtschaftliche und ökologische Herausforderung der Mag­nesiumgewinnung aus Salzlösungen der Kaliindustrie in Deutschland; in: Metall , Jg. 67, Heft 5, S. 214-219.

M. Hoeck, S. Siefen, P. Zippel: Analyse und Prognose des Magnesiummarktes, in: Metall, Jg. 67, Heft 4, S. 92-97.

Links

http://www.k-plus-s.com/de/