Biokunststoffe

Kunststofftypen
© Fraunhofer UMSICHT

Grafische Darstellung aller Kunststofftypen und deren mögliche Kombinationen (Zwei-Achsen-Modell)

Der Begriff Biokunststoff wurde von European Bioplastics geprägt, der europäischen Dachorganisation für Biokunststoffe:


Biokunststoffe sind biologisch abbaubar, biobasiert oder beides.

 

Biobasiert heißt, das Material oder Produkt ist (teilweise) aus Biomasse (Pflanzen oder Tiere) erzeugt worden. Biomasse, die für Biokunststoffe eingesetzt werden, sind z. B. Mais, Zuckerrohr oder Cellulose.

Der Ausdruck biologisch abbaubar beschreibt einen chemischen Prozess, in dem in der Umwelt vorhandene Mikroorganismen das Material in natürliche Substanzen wie z. B. Wasser, Kohlendioxid und Kompost umwandelt (künstliche Additive werden nicht benötigt). Der Prozess des biologischen Abbaus hängt von den Umweltbedingungen (z. B. Ort oder Temperatur), vom Material und den Anwendungen ab.

Diese Unterscheidung illustriert ein einfaches Zwei-Achsen-Modell, das alle Kunststofftypen und mögliche Kombinationen umfasst, wie die unten angehängte Grafik* zeigt.

Kunststoffe können demnach in vier charakteristische Gruppen eingeteilt werden. Die vertikale Achse zeigt die biologische Abbaubarkeit von Kunststoff, während die horizontale Achse die Materialherkunft, d. h. petrochemische oder nachwachsende Rohstoffe zeigt.

Dadurch lassen sich vier mögliche Gruppen ableiten:

  1. Nicht biologisch abbaubare Kunststoffe aus petrochemischen Rohstoffen – diese Kategorie umfasst, was unter klassischen oder traditionellen Kunststoffen bekannt ist.
  2. Biologisch abbaubare Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen – Kunststoffe, die aus biomassehaltigem Ausgangsmaterial hergestellt wurden und die Eigenschaft der biologischen Abbaubarkeit zeigen.
  3. Biologisch abbaubare Kunststoffe aus fossilen Rohstoffen – Kunststoffe, die biologisch abgebaut werden können, aber aus fossilen Rohstoffen hergestellt wurden.
  4. Nicht biologisch abbaubare Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen – Kunststoffe, die aus Biomasse produziert wurden, aber nicht die Eigenschaft biologische Abbaubarkeit zeigen.

Biologisch abbaubare Kunststoffe

Kreislauf biologisch abbaubarer Kunststoffe
© PLASTiCE/Fraunhofer UMSICHT

Bioabbaubarkeit ist keine Funktion der Materialherkunft, sondern hängt nur mit der Struktur zusammen!

Unterschied (BIO)Abbau
© PLASTiCE/Fraunhofer UMSICHT

Unterschied zwischen Abbau und Bio-Abbau

Der Ausdruck »biologisch abbaubar« beschreibt einen biochemischen Prozess, in dem in der Umwelt vorhandene Mikroorganismen das Material in natürliche Substanzen wie z. B. Wasser, Kohlendioxid und Kompost umwandeln (künstliche Additive werden nicht benötigt). Der Prozess des biologischen Abbaus hängt von den Umweltbedingungen (z. B. Wasserverfügbarkeit oder Temperatur), vom Material und den Anwendungen ab.

Verglichen mit klassischen Kunststoffen ist die Wiedereinsammlung und Kompostierung des Materialabfalls eine zustätzliche Entsorgungsmöglichkeit der biologisch abbaubaren Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen (s. Grafik* im Anhang).

Der biologische Abbau besteht aus verschiedenen parallel oder nachfolgend ablaufenden abiotischen und biotischen Schritten und muss den Schritt der biologischen Mineralisierung einschließen. Der Unterschied zwischen Abbau und BIO-Abbau ist in der angehangenen Abbildung* gezeigt.

  • Fragmentierung ist der erste Schritt im biologischen Abbau, in dem das Material in mikroskopische Fragmente zerlegt wird.
  • Bioabbaubarkeit ist eine komplette mikrobielle Assimilierung des fragmentierten Materials durch die Mikroorganismen als eine Nahrungsquelle.
  • Kompostierbarkeit ist die komplette Assimilierung der Kunststoffe innerhalb 180 Tage im einer Kompostierumgebung.

Kompostierung ist eine kontrollierte Behandlung organischer Abfälle unter aeroben Bedingungen (Anwesenheit von Sauerstoff), wobei das organische Material durch natürlich vorkommende Mikroorganismen umgewandelt wird. In industriellen Kompostieranlagen kann die Temperatur im Komposthaufen bis zu 70 °C erreichen. Die Kompostierung läuft unter feuchten Bedingungen ab. Ein Kompostierzyklus dauert bis zu sechs Monaten.

Bioabbaubare Kunststoffe werden nicht konzipiert, um in der Natur entsorgt zu werden!!!

Bioabbaubarkeit ist keine Funktion der Materialherkunft, sondern hängt nur mit der Struktur zusammen!

Biobasierte Kunststoffe

Kohlenstoffkreislauf und Treibhausgaseffekt
© PLASTiCE/Fraunhofer UMSICHT

Kohlenstoffkreislauf und Treibhausgaseffekt

Biobasiert – aus Biomasse stammend, aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt.

Kunststoffe können vollständig oder teilweise auf Biomasse (= nachwachsende Rohstoffe) basieren. Der Einsatz nachwachsender Rohstoffe kann wegen des geringeren Carbon Footprints zu einer höheren Nachhaltigkeit der Kunststoffe führen. Obwohl fossile Ressourcen natürlich sind, sind sie nicht nachwachsend und werden nicht als Basis biobasierter Kunststoffe angesehen.

Heutzutage erhält das Konzept »Nachhaltige Entwicklung«, d. h. »Entwicklung, die die Bedürfnisse der gegenwärtigen Generation befriedigt, ohne die Möglichkeiten künftiger Generationen zu gefährden« (Bericht der UN-Weltkommission für Umwelt und Entwicklung »Our Common Future«, 1987), viel Aufmerksamkeit. Für den Übergang zu nachhaltiger Entwicklung müssen viele Probleme gelöst werden, und eines der wichtigsten ist die Suche nach alternativen Ressourcen für Rohstoffe.

Kohlenstoffkreislauf und Treibhauseffekt

Der intensive Einsatz fossiler Rohstoffe (Öl, Kohle, Gas) führt nicht nur zum rapiden Abbau ihrer Vorräte, sondern trägt auch stark negativ zum Klimawandel auf der Erde bei.

Erkennbare Klimaveränderungen stehen in direktem Zusammenhang mit dem »Treibhauseffekt«. Der Übergang zum Einsatz nachwachsender Rohstoffe wird einen Rückgang des Treibhauseffektes ermöglichen und die Kohlendioxid-Emissionen in die Atmosphäre verringern, in dem der »Kohlenstoffkreislauf« ins Gleichgewicht gebracht wird.


Der Kohlenstoffkreislauf ist der bedeutendste Kreislauf in unserem Ökosystem:
Kohlendioxid aus der Atmung aller Lebewesen auf dem Planeten wird durch Photosynthese in den Pflanzenzellen zu organischen Verbindungen umgewandelt. Eingriffe der Menschen durch die Einführung fossiler Rohstoffe in den Kohlenstoffkreislauf führt zu einem Ungleichgewicht: Der Übergang von organischen Substanzen aus erneuerbaren Rohstoffen zu fossilen Ressourcen (beispielsweise prähistorische Wälder zu Ölfeldern) erfordert Millionen Jahre, während die Freisetzung von Kohlendioxid aus fossil basierten Produkten (Kraftstoffe, Chemikalien, Kunststoffe, etc.) am Lebensende viel weniger Zeit benötigt (1 bis 10 Jahre). Dadurch dringt altes Kohlendioxid, welches zuvor in fossilen Rohstoffen fixiert war, in den Kohlenstoffkreislauf und kann, wegen der signifikant steigenden Menge, nicht kurzfristig durch Photosynthese zu organischen Verbindungen umgewandelt werden. Somit sammelt es sich in der Atmosphäre, verursacht den »Treibhauseffekt« und führt zum globalen Klimawandel.

Der Übergang zum Einsatz nachwachsender Rohstoffe (Biomasse) für die Produktion von Polymeren würde den Treibhauseffekt verringern und es zudem erlauben, fossile Rohstoffe für zukünftige Generationen zu bewahren.


This project is implemented through the CENTRAL EUROPE Programme co-financed by ERDF