Bioplastik

PLA - PEF - rPET - recyceltes Plastik

Nach wie vor landen gigantische Mengen an Plastikmüll in unserer Umwelt und insbesondere in unseren Meeren. Von der Shampooflasche bis zur Plastiktüte, die Dimensionen, die diese Verschmutzungen haben, sind verheerend und die Auswirkungen kaum absehbar. Dass „etwas“ geschehen muss, ist klar. Der vollständige Verzicht auf Verpackungen aus Plastik scheint jedoch unrealistisch. Schließlich müssen Produkte wie beispielsweise Kosmetika hygienisch einwandfrei und nutzerfreundlich angeboten werden können. Doch sowohl bei den Anbietern als auch bei den Kunden kommt es zunehmend zu einem Umdenken. Immer mehr Menschen wünschen sich zur Entlastung unserer Umwelt nachhaltige Verpackungen. Aber was kann die Lösung sein? Eine Alternative für herkömmliches Plastik aus Erdöl, die immer mehr auf dem Vormarsch ist, soll Bioplastik sein. Die Möglichkeit klingt auch tatsächlich nachhaltig und sinnvoll. Doch was steckt eigentlich dahinter?

 

Was ist Bioplastik?

Der Begriff Bioplastik ist zunächst einmal nicht exakt definiert. Es kann sich also entweder um Plastik aus biologischen Rohstoffen handeln oder aber um Kunststoff, der biologisch abbaubar ist. Als biologisch abbaubar gilt ein Material immer dann, wenn es mithilfe von Organismen wieder in seine Bestandteile zerlegt werden kann. Damit Plastik als Biokunststoff bezeichnet werden darf, muss also mindestens eine der beiden genannten Kriterien erfüllt sein. Für den Konsumenten ist es verständlicherweise nicht einfach, dabei den Überblick zu behalten.

Nachwachsende Rohstoffe, die für die Herstellung von biobasierten Kunststoffen in Betracht kommen, gibt es durchaus: Mais, Zuckerrohr oder Cellulose beispielsweise. Bereits bekannte, kommerziell verfügbare, biobasierte Kunststoffe sind Cellulosederivate wie Celluloseester (CA), die Gruppe der Polyhydroxyalkanoate (PHA) sowie Polylactid (PLA).

Der aktuell weltweite Marktführer für biobasierte Kunststoffe beziehungsweise Bioplastik ist in Brasilien zu finden. Er hat ein Verfahren für die Herstellung von Polyethylen entwickelt, das auf fermentativ produziertem Bioethanol basiert. Dieser Bioalkohol wird wiederum aus Zuckerrohr gewonnen. Bio-Polyethylen hat zwar die gleichen Eigenschaften wie herkömmlich produziertes Polyethylen, biologisch abbaubar ist es jedoch ebenfalls nicht. Biologisch abbaubarer Biokunststoff zersetzt sich nämlich oft schon bei niedrigen Temperaturen: Er kann aus diesem Grund normalerweise auch nicht für alle Einsatzbereiche verwendet werden. Darum werden dem Biokunststoff meist spezielle Stoffe zugemischt, die die schnelle Zersetzung bei niedrigen Temperaturen verhindern oder zumindest verlangsamen. Diese Zusätze verhindern aber häufig, dass sich Bioplastik biologisch abbauen lässt.

Außerdem muss bedacht werden, dass der Anbau der Rohstoffe sehr energieintensiv und aufwendig ist und in der industriellen Landwirtschaft üblicherweise gedüngt und/oder mit Pestiziden gearbeitet wird.

 

Die zweite Gruppe, in der Bioplastik anzusiedeln ist, umfasst biologisch abbaubare Kunststoffe. Hier spielt das Ausgangsmaterial zunächst keine Rolle, wichtig ist jedoch, dass es mindestens zu 90 Prozent abbaubar ist. Gemäß der Richtlinie DIN EN 13432 (Nachweis Kompostierbarkeit) dürfen nach einer dreimonatigen Kompostierung sowie einer anschließenden Absiebung durch ein Sieb (2,00 Millimeter) höchstens zehn Prozent der ursprünglichen Originalmasse verbleiben. Für die biologische Abbaubarkeit in wässrigen Medien muss nachgewiesen werden können, dass innerhalb von sechs Monaten mindestens 90 Prozent des organischen Materials in CO2 umgewandelt werden. Sind diese Voraussetzungen erfüllt, kann Biokunststoff die Zertifizierung DIN EN 13432 erhalten. Hier ist zu beachten, dass die biologisch abbaubaren Kunststoffe nicht zwingend aus tierischen oder nachwachsenden pflanzlichen Rohstoffen hergestellt sein müssen. Zulässig für die Zertifizierung als Bioplastik sind auch Kunststoffe aus fossilen Ressourcen, sofern sie biologisch abbaubar sind.

 

Weitere Beispiele für Bioplastik

Polyhydroxybuttersäure, ein aus erneuerbaren Rohstoffen fermentativ produzierbarer Polyester, fällt ebenfalls unter die Bezeichnung Bioplastik. Vorteile dieses Materials sind vor allem die Bioabbaubarkeit und die gleichzeitige Biokompatibilität. Als Verpackungsmaterial für Kosmetik eignet sich Polyhydroxybuttersäure grundsätzlich sehr gut, was unter anderem der Hydrolyse- und UV-Stabilität zu verdanken ist. Außerdem zeichnet sich PHB durch eine hervorragende Zugfestigkeit aus. Für medizinische Anwendungen und/oder den Kontakt mit Lebensmitteln bietet sich Polyhydroxybuttersäure ebenfalls an. Das Material ist einfärbbar, bedruckbar und beklebbar. Es nicht nicht toxisch und frei von Katalysatoren. In der Natur kann PHB durch Bakterien, Algen oder Pilze abgebaut werden, wobei die Abbaugeschwindigkeit von der Stärke des Materials und den jeweiligen Umgebungsbedingungen abhängt. Eine Zersetzung ist aber auch durch Hydrolyse sowie durch mechanische, oxidative, thermische oder photochemische Beanspruchung möglich.

Die Gewinnung von Bioplastik in Form einer fermentativen Synthese erfolgt in der Regel auf der Basis von Zucker (Glucose) und Stärke. Möglich ist aber auch die fermentative Gewinnung aus Glycerin.

Auch Polymilchsäure (Polylactic Acid, PLA) fällt in die Kategorie Biokunststoff. Es handelt sich dabei um bioabbaubare beziehungsweise kompostierbare und biobasierte Polyester, die aus Milchsäure hergestellt werden. Als Biokunststoff ist Polymilchsäure ein klarer farbloser Thermoplast mit ähnlich guten Eigenschaften wie Polyethylenterephthalat (PET) und einer mittleren Sprödigkeit. Zu den weiteren Vorteilen gehören eine geringe Flammbarkeit sowie eine hohe Kapillarwirkung. Die Anwendungsbereiche von reiner Polymilchsäure als Bioplastik sind sehr vielfältig. Das Material wird in der Verpackungsindustrie (auch für Kosmetika), für Hygieneprodukte, Windeln und Bio-Müllbeutel verwendet. Auch im biomedizinischen Bereich bietet sich PLA an. PLA-Stärke-Mischungen kommen zudem häufig im Catering-Bereich zum Einsatz, denn sie sind beispielsweise als Geschirr geeignet. Polymilchsäure ist aufgrund ihrer hohen Temperatursensivität für bereits etablierte Recyclingverfahren allerdings relativ problematisch, mithilfe verschiedener spezieller Methoden kann das Material aber gut recycelt werden.

Eine weitere Alternative ist Polyethylenfuranoat (Poly(ethylen-2,5-furandicarboxylat, PEF).

Es ist ein 100 % recyclierbares, biobasiertes Polymer welches aus dem nachwachsenden Zucker Fructose synthetisiert wird. Als aromatischer Polyester aus 2,5-Furandicarbonsäure und Ethylenglycol ist es chemisch vergleichbar zum PET. PEF ist zwar nicht biologisch abbaubar, aber es kann CO2-neutral verbrannt werden oder recycelt werden und weist damit eine reduzierte CO2-Öko-Bilanz auf.

 

Die möglichen Nachteile von Bioplastik

Auch wenn Biokunststoff eine nachhaltigere Alternative zu herkömmlichem Kunststoff darstellt, gibt es auch Nachteile. So bietet der heimische Kompost beispielsweise kaum die idealen Bedingungen für die Zersetzung von Bioplastik. Das Umweltbundesamt hat in diesem Zusammenhang sogar schon von einer Mogelpackung gesprochen. Viele biologisch abbaubare Kunststoffe zerfallen bei der Kompostierung nämlich nur unter den speziellen Bedingungen industrieller Kompostierungsanlagen. Die (meist niedrigeren) Feuchte- und Temperaturbedingungen des heimischen Komposthaufens führen dagegen dazu, dass Bioplastik gar nicht oder nur nach einer deutlich längeren Zeit zerfällt. Landet Biokunststoff im Meer, braucht er zum Verrotten sogar genauso lange wie herkömmlicher Kunststoff. Für die Umwelt und die Tiere ist Bioplastik also ebenso gefährlich und schädlich wie konventionell hergestellte Joghurtbecher und Plastiktüten. Landen Verpackungen für Kosmetika aus Biokunststoff jedoch in industriellen Kompostierungsanlagen, sind sie durchaus eine sinnvolle Alternative zu herkömmlichen Kunststoff-Verpackungen.

 

Die Marktsituation von Bioplastik

Es wird erwartet, dass der Weltmarkt für Biokunststoff bis 2021 noch deutlich zulegt und ein Volumen von etwa 5,8 Milliarden US-Dollar erreichen wird. Das wäre immerhin mehr als dreimal so viel Bioplastik wie noch im Jahr 2014. Schließlich gibt es gute Gründe, die Weiterentwicklung von Bioplastik zu unterstützen. Bekanntermaßen steht Erdöl nicht unbegrenzt zur Verfügung und jedes Stück Bioplastik, das nicht aus dem endlichen Rohstoff hergestellt wird, hilft beim Einsparen von Ressourcen.

Derzeit wird Bioplastik noch immer und überwiegend aus Unkenntnis in den Restmüll gegeben. Abbaubares Bioplastik kann aber selbstverständlich in der Biotonne entsorgt werden.

 

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Quellen:

  • Stefan Barwe, Jonas Weidner, Steffen Cychy, Dulce M. Morales, Stefan Dieckhöfer, Dennis Hiltrop, Justus Masa, Martin Muhler, Wolfgang Schuhmann: Electrocatalytic 5-(hydroxymethyl)furfural oxidation using high surface area nickel boride, in: Angewandte Chemie International Edition, 2018, DOI: 10.1002/anie.201806298.
  • Rumm, S. (2016). Dissertation: Verbrauchereinschätzungen zu Biokunststoffen: eine Analyse vor dem hintergund des heuristic-systematic model.München, Deutschland: Fakultät für Wirtschaftswissenschaften.
  • Türk, O. (2014 ). Stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe: Grundlagen – Werkstoffe – Anwendungen.Wiesbaden, Hessen, Deutschland : Springer-Verlag.
  • Thieme. (1987). Houben-Weyl Methoden der organischen Chemie(Bd. E20). (H. Bartl, & J. Falbe, Hrsg.) Stuttgart: Georg Thieme Verlag.
  • Vogel, C. (2008). d-nb.info.Abgerufen am 31. März 2019 von Charakterisierung der thermischen und mechanischen Eigenschaften von Polyhydroxyalkanoaten (PHA) Homopolymeren, Copolymeren und Polymermischungen: https://d-nb.info/992034418/34
  • BayBiotech. (28. März 2017). Biokunststoffe aus Kleie. Abgerufen am 4. April 2019 von Bioökonomie.de: https://biooekonomie.de/nachrichten/biokunststoffe-aus-kleie
  • Brockhaus. (2019). Celluloid. Abgerufen am 30. März 2019 von https://brockhaus.de/ecs/enzy/article/celluloid