Pebax, der kleine Chemie-Baukasten, der den Laufschuh neu erfunden hat

Schauen Sie auf das Etikett irgendeines Wettkampfschuhs, der bei Ihnen zu Hause herumsteht. Die Chancen stehen gut, dass dort ein kleines, unauffälliges Logo auftaucht, fast unsichtbar zwischen den Marketingbotschaften der großen Marken. Pebax®. Ein Wort, das eher nach einem Codenamen als nach einem Verkaufsargument klingt. Und doch: Von Kipchoge bis zu den Spikes, mit denen in Tokio die 400-Meter-Hürdenrekorde pulverisiert wurden, steckt dieser französische Schaumstoff unter den Füßen fast aller, die in der internationalen Leichtathletik eine Rolle spielen. Seit 2016 gilt das für die Mehrheit der Marathonpodien.

Arkema, das Unternehmen hinter Pebax®, verkauft ausschließlich Granulat. Keine Sohlen, kein Logo auf einem Schuhkarton, sondern lediglich den unverarbeiteten Rohstoff, der anschließend zu Verarbeitern und dann zu den Marken gelangt. Sie formen ihn nach ihren eigenen Rezepturen. Um zu verstehen, warum dieses beinahe anonyme Material zum stillen Star des Laufsports geworden ist, geht es ins Arkema-Forschungszentrum in der Normandie. Dort leitet Karine Loyen das weltweite Team für Forschung und Entwicklung (F&E) des Produkts. Die ausgebildete Chemikerin sammelte zunächst Erfahrung in der Grundlagenforschung, bevor sie in die Entwicklung wechselte. Dort geht es darum, neue Anwendungen für die hauseigenen Produkte zu finden. Der Sport ist inzwischen eines der wichtigsten Betätigungsfelder ihres Teams.

Ihre Zusammenfassung von 45 Jahren Materialgeschichte bringt sie immer wieder mit einem Bild auf den Punkt: einem Baukastenspiel. Pebax®, in den 1980er-Jahren entwickelt, sei bereits „im biblischen Alter“, räumt sie ein, bleibe aber „wie ein Lego, das ständig verändert und an Innovationen und die Anforderungen der Marken angepasst wird.“ Diese permanente Wandlungsfähigkeit erklärt für sie, wie dieses alte Polymer den stetig steigenden Leistungsanforderungen der Schuhe, in denen es steckt, folgen konnte, ohne den Anschluss zu verlieren.

Ein chemischer Baukasten aus den 1980er-Jahren

Die erste Überraschung: Pebax® ist keineswegs eine neue Erfindung. Das Material gibt es seit den 1980er-Jahren, lange vor dem Boom der Superschuhe. Karine Loyen vergleicht es gern mit einem Baukastenspiel. Pebax® ist ein thermoplastisches Polyamid, also ein Kunststoff, der immer wieder geschmolzen und neu geformt werden kann. Seine Struktur verbindet zwei Arten molekularer Bausteine, die wie Ziegel zusammengesetzt sind. Auf der einen Seite stehen harte Polyamidblöcke, auf der anderen weiche Polyetherblöcke. Je nach Verhältnis der einzelnen Bausteine erhalten die Chemiker ein mehr oder weniger weiches, mehr oder weniger dynamisches Material, ohne die Grundzutaten zu verändern.

Diese gestalterische Flexibilität verhalf Pebax® zunächst abseits der öffentlichen Aufmerksamkeit zum Durchbruch. Schon in den 2000er-Jahren wurde das Material für Außensohlen von Fußballschuhen und vor allem für Leichtathletik-Spikes eingesetzt. Heute steckt es in mehr als 80 Prozent der Modelle. Zwei Eigenschaften erklären diese Wahl: das bemerkenswert geringe Gewicht und die außergewöhnliche Energierückgabe. Bei jeder Belastung geben die meisten Materialien einen Teil der Energie in Form von Wärme ab und erhitzen sich dadurch. Karine Loyen führt das auf die chemische Struktur des Polymers zurück: „Aufgrund seiner chemischen Struktur gibt Pebax® die Energie nicht innerhalb der Struktur ab, sondern gibt sie nahezu vollständig zurück.“ Konkret werden „etwa 80 bis 85 Prozent der Energie, die der Läufer beim Auftreten einbringt, vom Material zurückgegeben“, und gehen dabei beinahe nicht verloren. Dieser echte Rückpralleffekt verlängert jeden Schritt und kann letztlich die Zeit pro gelaufenem Kilometer verbessern.

Von der Vollsohle zum Schaumstoff, der entscheidende Wendepunkt

Der große Umbruch kam zwischen 2015 und 2016. Bis dahin setzte der Laufsport für die breite Masse vor allem auf EVA, einen dichteren und deutlich weniger reaktiven Schaumstoff, der laut der Pebax-Spezialistin „weniger leicht ist und auch nicht dieselbe Dynamik bietet“. Im Austausch mit den großen Marken entstand in den Arkema-Forschungsteams eine Idee: „Was wäre, wenn wir die Leichtigkeit und die Energierückgabe des Pebax®-Materials auf einen Schaumstoff übertragen könnten? Wenn es uns gelänge, einen Pebax®-Polymerschaum mit diesen Eigenschaften herzustellen, könnten wir bei der Leichtigkeit noch deutlich höhere Werte erreichen!“ Die Herausforderung war nicht trivial: Ein für andere Anwendungen entwickelter Rohstoff musste aufgeschäumt werden, ohne seine Eigenschaften zu verlieren. Dazwischen lag eine ganze Kette von Zwischenverarbeitern, die aus dem Arkema-Granulat eine fertige Sohle machen.

Wenn ein Schuhdesigner von TPU auf Pebax® umsteigt, spart er 20 Prozent Gewicht.

Es dauerte einige Jahre, bis das Ergebnis sichtbar wurde. Als es so weit war, veränderte es den Markt. Die ersten Schuhe mit den neuen Schaumstoffen begannen, Marathons zu gewinnen. Jeder Hersteller gibt seinem Schaumstoff einen eigenen Markennamen, doch in den meisten Fällen gehört die chemische Basis zur selben Polymerfamilie. Für die leistungsfähigsten Schaumstoffe auf dem Markt wird regelmäßig eine Energierückgabe von etwa 87 Prozent genannt. Klassischer EVA-Schaum liegt eher bei rund 65 Prozent, hochwertiger TPU-Schaum bei ungefähr 70 Prozent. Über die Distanz eines ganzen Marathons kann dieser Unterschied für bestimmte Läufertypen mehrere Minuten ausmachen.

Pebax gegen EVA gegen TPU, der Schaumstoff-Vergleich

Auf dem Papier wirkt der Vergleich beinahe unfair. Gegenüber TPU, dem Star-Material der Adidas Boost, ist Pebax® bei gleichem Volumen „20 Prozent leichter, erklärt Loyen. „Wenn ein Schuhdesigner von TPU auf Pebax® umsteigt, spart er 20 Prozent Gewicht.“ TPU „gibt aufgrund seiner chemischen Struktur mehr Energie ab“ und erreicht nie denselben Rückfedereffekt. Der Preis folgt dieser Logik. „Pebax® ist ein chemisch leistungsfähiges und komplex herzustellendes Material“, während TPU auf ein besser verfügbares „Polymer-Engineering“ und höhere Produktionskapazitäten zurückgreifen kann. Das erklärt den Preisunterschied. Diese Komplexität begründet die Kluft zwischen einem klassischen Trainingsschuh und einem Wettkampfmodell mit Carbonplatte, dessen Einstiegspreis bei den Topmodellen heute regelmäßig über 300 Euro liegt.

Im Vergleich zu EVA fällt der Unterschied noch deutlicher aus. EVA ist kein Thermoplast. Bei seiner Formgebung ist eine irreversible chemische Vernetzung nötig, ähnlich wie bei Gummi. Ist die Sohle einmal geformt, kann sie nicht mehr eingeschmolzen werden. Pebax® behält dagegen bis zum Schluss seine thermoplastische Eigenschaft. Das eröffnet eine Möglichkeit, die EVA niemals haben wird: Recycling in einem geschlossenen Kreislauf.

Ermüdung, die Achillesferse der Superschäume

Der Wettlauf um maximale Leichtigkeit hat allerdings auch eine Kehrseite, über die Marken kaum sprechen. Je stärker ein Pebax®-Schaumstoff erleichtert wird, desto mehr Luft und desto weniger Material enthält er. Und desto stärker leidet seine Haltbarkeit mit der Zeit. Einige unabhängige Analysen bestätigen das in der Praxis: Neuer PEBA-Schaum bietet eine höhere Energierückgabe als neuer EVA-Schaum. Nach 450 Kilometern kehrt sich der Unterschied jedoch vollständig um. Der gealterte EVA-Schaum holt den ermüdeten PEBA-Schaum ein und übertrifft ihn sogar. Das Pebax®-Material selbst gehört zwar nach wie vor zu den ermüdungsbeständigsten Werkstoffen überhaupt. Den Preis für die extreme Leichtbauweise zahlt jedoch die auf maximale Gewichtsersparnis ausgelegte Schaumstruktur.

„Man braucht diese Energierückgabe und diese Elastizität, aber der Schuh muss dabei stabil bleiben“, fasst die Expertin aus dem Cerdato zusammen, dem Polyamid-Kompetenzzentrum von Arkema. Sie beschreibt einen dauerhaften Zielkonflikt zwischen extrem niedriger Dichte und Materialstabilität. An diesem Balanceakt arbeiten die französischen Forschungsteams kontinuierlich.

Rizinusöl, Patente und künstliche Intelligenz, die Hintergründe eines stillen Imperiums

Lange Zeit wurde Pebax® zu 100 Prozent aus Erdöl hergestellt. Seit einigen Jahren gibt es jedoch eine biobasierte Variante: Pebax® Rnew auf Basis von Rizinusöl. Der harte Teil des Polymers, ein Rilsan genanntes Polyamid, kann vollständig biobasiert produziert werden. Der weiche Teil bleibt petrochemischen Ursprungs. Der Anteil erneuerbarer Rohstoffe im fertigen Produkt hängt deshalb vom Verhältnis der beiden Blöcke ab. Bemerkenswert ist, dass diese nachhaltigere Variante exakt dieselben mechanischen Eigenschaften behält wie die klassische Version. „Die Leistung ist genau dieselbe“, betont die leitende Forscherin. „Wir opfern keine Leistung dafür, dass das Material biobasiert ist.“ Ein Argument, das Marken wie Mizuno oder Scarpa bei einigen ihrer Modelle durchaus hervorheben könnten.

© Pebax® verbindet harte Polyamidblöcke (grün) mit weichen Polyetherblöcken (grau), eine anpassbare Struktur als Grundlage seiner Eigenschaften. © Arkema

Beim Recycling kann Pebax® dank seiner thermoplastischen Eigenschaften theoretisch zu einer gebrauchten Sohle zermahlen und erneut eingeschmolzen werden, um daraus neues Granulat herzustellen. Bei EVA ist das nach der Vernetzung nicht möglich. Das Material kann nur zermahlen und anschließend für weniger wertige Anwendungen wie Matten genutzt werden. Arkema hat das auf diesen Bereich spezialisierte italienische Unternehmen Agiplast übernommen und entwickelt derzeit einen recycelten Pebax®-Werkstoff, der rund 30 Prozent Material aus Produktionsabfällen enthält. Bei mehreren Marken läuft derzeit die Zulassung. Die Marke On sorgte bereits für Aufsehen mit einem beinahe aus einem einzigen Material bestehenden Schuh, der vollständig aus Rizinusöl-Derivaten gefertigt und am Ende seiner Lebensdauer komplett zu neuem Material zermahlen werden kann.

Beim heiklen Thema Konkurrenz bleibt Arkema erwartungsgemäß zurückhaltend. Das Unternehmen schützt sein Know-how mit einem umfangreichen Patentportfolio, dessen Schutzdauer 20 Jahre beträgt. Die Patente decken sowohl die chemische Zusammensetzung als auch die Herstellungsverfahren und die Additive zur thermischen und UV-Stabilisierung ab. Ein weniger sichtbarer, aber ebenso strategischer Forschungsbereich ist inzwischen die digitale Modellierung. Künstliche Intelligenz soll zunehmend dabei helfen, die optimale Schaumstruktur vorherzusagen, noch bevor sie im Labor getestet wird. So lassen sich zeitaufwendige Versuch-und-Irrtum-Schleifen reduzieren.

Vom Elite-Marathon bis zum Sonntagsjogging, die Demokratisierung ist gewollt

Pebax® ist längst nicht mehr den Podestplätzen vorbehalten. Mehrere große Marken setzen das Material ein, und inzwischen enthalten auch einige Trainingsmodelle für den Massenmarkt wohldosierte Mengen davon. Bei Arkema ist dieser Trend zur breiteren Nutzung ausdrücklich gewollt. Der Schritt von einer handwerklichen Produktion, wie sie bei einem in kleiner Serie gefertigten Marathonschuh mit vielen manuellen Anpassungen üblich ist, zur industriellen Massenfertigung erfordert eine echte Skalierung. Das Material muss in den Verarbeitungsprozessen robuster werden, damit es dem Tempo klassischer Produktionslinien standhält. Das ist beinahe so strategisch wie der reine Wettlauf um bessere Leistung.

Das Zentrum des Geschehens bleibt dennoch die Elite. Auf der Bahn, im Fußball und im Marathon ist die Präsenz von Pebax® bei den größten internationalen Wettbewerben für Arkema ein enormer Imagefaktor. Das Unternehmen verweist gern darauf, dass das Material in nahezu allen Spikes zum Einsatz kommt, die bei Olympischen Spielen oder Weltmeisterschaften getragen werden. So geht die ungewöhnliche Geschichte Saison für Saison weiter: Ein vor mehr als 40 Jahren erfundener Kunststoff, der nie auf einem Schuhkarton auftaucht, ist für fast jeden neuen Rekord unverzichtbar geworden.

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