Plastikfrei produzieren_alt

Was heißt plastikfrei produzieren?

Um das gleich vorweg zu nehmen: 100 Prozent plastikfrei produzieren – auch wir sind realistisch genug zu sehen, dass das nicht möglich ist. Dafür ist Plastik in zu vielen Bereichen wie zum Beispiel der Medizintechnik nicht ohne Weiteres ersetzbar. Woran wir glauben: Plastikmüllfrei produzieren. Dazu gehört, Plastik als das zu betrachten, was es ist: ein sehr wertvoller Werk- und Wertstoff und mit Blick auf die enormen Umweltkosten, die er produziert (siehe Plastikmüll) auch ein volkswirtschaftlich sehr teurer. Wer das verinnerlicht, für den ist ein verantwortungsvoller und umweltschonender Umgang mit Plastik selbstverständlich. Das heißt

  • Refuse + Reduce: Plastik dort vermeiden, wo es möglich ist
  • Rethink + Replace: Ökologisch sinnvolle Werkstoffalternativen nutzen
  • Reuse + Recycle: Materialien in einem sauberen Stoffkreislauf halten, statt zu entsorgen oder nur zu „downcyclen“ (siehe Recycling).

Und das gilt nicht nur für den Einzelnen, sondern insbesondere für die Produzenten von Produkten. Das Stichwort hier ist Circular Economy, Cradle to Cradle oder das Closed Loop Prinzip und meint auf deutsch etwas weniger fancy schlicht Kreislaufwirtschaft. So schlicht, so logisch: Denn statt einer linearen Wirtschaft, bei der der Lebenszyklus eines Produkts oft nach dem ersten Gebrauch in der Entsorgung endet, wird in einer zirkulären Wirtschaft bereits die Wiederverwertung des Produkts bzw. seiner Materialkomponenten im Design und der Produktion mitgedacht (siehe dazu auch Artikel zu Cradle to Cradle) (siehe Abbildung). Kurz gesagt: Das Produkt wird bereits von Beginn an so entwickelt, dass es keinen Müll erzeugt und idealerweise alle verwendeten Wertstoffe ein 2., 3. Leben bekommen. Die genutzten Rohstoffe sollten also entweder biologisch abbaubar sein und als Kohlenstoff, Wasser und Mineralien dem Kreislauf der Natur zurückgegeben oder bei nicht abbaubaren Materialien nach der Nutzung dem geschlossenen Materialkreislauf zurückgeführt werden können.

In der Theorie gibt es diese Gedanken schon lange, trotzdem sind wir von einer plastikmüllfreien Produktion noch weit entfernt. Grund zum Optimismus gibt es trotzdem: Auf institutioneller Ebene ist der Paradigmenwechsels hin zu einer Kreislaufwirtschaft langsam angekommen (siehe z.B. EU Circular Economy Action Plan) und auch die Forschung zu alternativen Werkstoffen macht große Fortschritte (siehe Bioplastik; Von Algen bis Zellulose – das ABC der Plastikalternativen).

Kreislaufwirtschaft

Bioplastik als Alternative?

Neben den traditionellen Werkstoffen wie Holz, Glas oder Metall spielen vor allem Biokunststoffe bei der Transformation zu einer Kreislaufwirtschaft bzw. einer Plastikmüllfreien Produktion eine wichtige Rolle.

Für ein erstes Verständnis, was Biokunststoffe sind, lassen sie sich am besten folgendermaßen unterteilen:

  • biologisch abbaubare Kunststoffe (Polymere), die erdölbasiert oder aus nachwachsenden Rohstoffen (biobasiert) sind und
  • nicht biologisch abbaubare Polymere, die aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen
Übersicht der Kunststoffarten

Eine guten Überblick über Biokunststoffe liefert auch das Fraunhofer Institut für Umwelt- , Sicherheit- und Energietechnik (UMSICHT), die sich auf die Entwicklung spezieller Biokunststoffe für die Industrie spezialisiert haben (siehe Forschungsfeld Biokunststoffe vom Frauenhofer-Institut UMSICHT). Denn für die industrielle Produktion ist es entscheidend, dass die nachhaltigen Alternativen zu Plastik mindestens die gleichen Vorteile wie Plastik (siehe Was ist Plastik?) mit sich bringen und den Produktionsprozess nicht verkomplizieren. Die Industrie unterscheidet bei Biokunststoffen daher vor allem zwischen   

  • biobasierten Drop-in-Lösungen, die erdölbasierte Kunststoffe in ihren Eigenschaften ein zu eins ersetzen und
  • Biokunststoffen mit neuen chemischen Strukturen und neuen Eigenschaften

Erstere ersetzen erdölbasierte Kunststoffe mit einem biobasierten Kunststoff (z.B. Bio-PET und Bio-PVC), sind aber ebenfalls nicht biologisch abbaubar. Sie werden aus nachwachsenden Rohstoffen wie Stärke, Glukose, pflanzlichen Ölen und Zellulose hergestellt. Da sie lediglich einen anderen Ausgangsstoff haben, aber identische Eigenschaften, können für die Produktion bestehende Anlagen zumeist weiter verwendet werden.

Anders sieht es bei neuartigen Biopolymeren aus. Sie haben andere Eigenschaften, weshalb der Produktionsprozess auf sie meist aufwändig neu abgestimmt werden muss. Durch innovative Eigenschaften ermöglichen sie aber ganz neue Anwendungsgebiete.

Biokunststoffe, die der zweiten Gruppe zuzuordnen sind

  • Thermoplastische Stärken (TPS) und Stärkeblends (Stärkegewinnung z.B. aus Mais, Kartoffeln, Yams oder Zuckerrohr) können vor allem herkömmliche Verpackungskunststoffe wie Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) ersetzen und werden beispielsweise für Beutel, Netze oder auch Babywindeln eingesetzt.
  • Polymilchsäurenpolymer (PLA) wird z.B. als Mulchfolien in der Landwirtschaft verwendet. Ihr Vorteil: Landwirte können die Folie nach der Nutzung einfach unterpflügen statt wie vorher die Polyethylen Folien entsorgen zu müssen. Da auch der menschliche Organismus PLA abbauen kann, wird PLA auch als Nahtmaterial in der Medizin verwendet.
  • Ligninbasierte Kunststoffe eigentlich ein Abfallprodukt der Papierindustrie kann Kleb- und Schaumstoffe, aber auch z.T. notwendige Mikroplastikpartikel in Peelings oder Zahncreme ersetzen
  • andere faserhaltige Werkstoffe
  • bakterienbasierte Kunststoffe wie Polyhydroxyalkanoate (PHA) oder Polyhydroxyfettsäuren (PHF) haben eine gute Beständigkeit gegen Feuchtigkeit und sind nicht toxisch, weshalb sie sich für Lebensmittelverpackungen oder Folienbeschichtungen eignen.

Wer mehr wissen will: Einen Umfangreichen Überblick gibt es hier: https://biooekonomie.de/biobasierte-materialien-werkstoffe-und-textilien

Derzeit machen Biokunststoffe etwa Prozent der jährlich knapp 400 Millionen Tonnen Kunststoff aus.[1] (Eine Übersicht über aktuellen Marktzahlen gibt es unter anderem vom European Bioplastics e.V.). Da die Nachfrage steigt und immer ausgefeiltere Biokunststoffe mit individuellen Eigenschaften entstehen, wächst und diversifiziert sich der Markt für Biokunststoffe kontinuierlich. Vor allem der Marktanteil der Drop-in Lösungen wächst stark an.[2] Die Fortschritte der Forschung sorgen zudem dafür, dass alternative Werkstoffe günstiger zu produzieren und damit attraktiver für die Wirtschaft sind. Interessant dabei ist: Damit steht die Entwicklung der Biokunsstoffe heute genau an dem Punkt, an dem schon die Karriere von Plastik vor gut 100 Jahren ihren Lauf nahm (siehe Geschichte).

[1] https://www.european-bioplastics.org/market/
[2] https://www.european-bioplastics.org/market
Bioplastik-Kapazitäten

Wie nachhaltig sind Biokunststoffe?

Mit Blick auf die Nachhaltigkeit von Biokunststoffen sollte immer klar sein: Nicht alle Biokunststoffe sind biologisch abbaubar. Manche als Biokunststoff deklarierte Polymere sind weiterhin erdölbasiert, auch wenn sie aufgrund ihrer chemischen Struktur unter bestimmten Bedingungen biologisch abgebaut werden können. Zudem sind Biokunststoffe von so geringer Relevanz für die Abfallentsorgung, dass es noch keine eigenen Sortierungs- und Recyclingprozesse für sie gibt bzw. keine Recyclingquoten gesetzlich vorgeschrieben sind. 

Ein Diskussionspunkt rund um Biokunststoffe sind dabei die Ökobilanzen. Damit sind sowohl die Ressourcen- und Energiebilanzen bei der Herstellung als auch die Frage nach der Nutzung von eigentlich für die Lebensmittelproduktion notwendigen Agrarflächen gemeint. So steht  beispielsweise Bio-PET in der Kritik, da einige für die Herstellung benötigten Pflanzen wie Zuckerrohr unter Pestizideinsatz und in Monokulturen angebaut werden.[1] Schwierig bei diesen durchaus ernstzunehmenden Einwänden ist die Vergleichbarkeit der Ökobilanzen. Bislang gibt es keine einheitliche Lebenszyklusanalyse (siehe Diskussionsaufruf zum Life Cycle Assessment). Einen Ansatz zur Berechnung der Flächennutzung liefert die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR), der zufolge aktuell ca. 0,016 % der weltweiten Agrarfläche genutzt werden, um nachwachsende Rohstoffe für die Biokunststoff-Produktion bereitzustellen. Nach einem vom gleichen Institut berechneten Szenario, könnte dieser Anteil auf 4-7 Prozent der weltweit zur Verfügung stehenden Landwirtschaftsfläche anwachsen, wenn die weltweite Kunststoffproduktion weitestgehend auf biobasierte Kunststoffe umgestellt würde. Dieses Szenario berücksichtigt allerdings noch nicht den zunehmenden Trend bei der Biokunststoffproduktion auf Rest- und Abfallstoffe aus der Land- und Forstwirtschaft zurückzugreifen wie Maisstroh, Sägemehl oder Kartoffelschalen (siehe von Algen bis Zellulose – das ABC der Plastikalternativen).

Weitere Zahlen liefert das Institut für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe Hannover unter anderem in der Broschüre „Biopolymers – facts and statistics“ (Ausgabe 2019) , in der die Prozessrouten sowie der Wasser- und Ressourcenverbrauch unterschiedlicher Biokunststoffe beschrieben werden.

Wer mehr über Pro und Kontra rund um Biokunststoffe wissen möchte, findet bei der Initiative Die Debatte einen differenzierten Diskussionsbeitrag und bei der Deutschen Umwelthilfe eine .

[1] Plastikatlas 2019, S. 34 https://www.bund.net/fileadmin/user_upload_bund/publikationen/chemie/chemie_plastikatlas_2019.pdf

Der schwierige Weg von der Forschung in die Supermärkte

Trotz der offenen Diskussionspunkte, verwundert es doch, dass bei umbestreitbaren und offensichtlichen Vorteilen vieler Biokunststoffe, wie z.B.

 

  • nachwachsende Rohstoffbasis oder biologische Abbaubarkeit
  • neue und innovative Materialeigenschaften
  • vielfältigere Einbindung in die Kreislaufwirtschaft (das Fraunhofer-Institut UMSICHT hat diesen Punkt informativ in

diese nicht schon eine viel größere Relevanz für die industrielle Produktion haben.

 

Warum ist die Schwelle für die Produzenten auf Alternativen zu setzen so hoch? Eine große Rolle spielt der Herstellungsprozess: Obwohl sich auch Biokunststoffe durch ähnliche Verfahren herstellen lassen, wie z.B. Extrusion, Blasformen, Spritzguss oder Thermoformung (siehe dazu auch https://www.ifbb-hannover.de/files/IfBB/downloads/Verarbeitung-von-Biokunststoffen-Internet_2016.pdf) müssen Produzenten außer bei den Drop-In Lösungen ihre etablierten Herstellungsprozess meist nicht nur anpassen , sondern vollständig neu erfinden. Denn bis alle Materialeigenschaften (von Fließfähigkeit über Flexibilität bis zur Reißfestigkeit) so eingestellt sind, dass es für den Anwendungsfall passt und auch bei der Verarbeitung der Kunststoff keine Qualitätsmängel zeigt, also z.B. Blasen wirft oder an den Transportbändern klebt, bis also die richtige Rezeptur gefunden ist, kostet es den Produzenten Geld, Zeit, ggf. neue Anlagen und viele Nerven.

 

Zudem kommen viele neue Materialien trotz ihrer Weiterentwicklung immer noch nicht an die Eigenschaften der Derivate (Abkömmlinge) etablierter Standardkunststoffe (PE/PP/PS/PA) heran, was z.B. die Bruchfestigkeit, Temperatur- und Alterungsbeständigkeit, Sauerstoff- und Wasserdampfbarriere angeht – was insbesondere bei Verpackungen relevant ist. In vielen Fällen ist daher der Einsatz noch nicht möglich oder eine Kombination beider Kunststoffarten notwendig, wie z.B. ein Trägermodul aus Biokunststoff oder Papier mit konventioneller Beschichtungsfolie. Hieraus ergibt sich jedoch das Problem, dass die Materialien damit untrennbar miteinander verbunden sind und statt im Sinne der Kreislauf-Logik sie am Ende nur energetisch verwertet, d.h. verbrannt werden können (siehe Recycling).

 

Der Weg zu einer plastikmüllfreien Produktion ist also noch ein weiter und steiniger, aber die ersten Schritte sind gemacht. Um weiter voranzuschreiten, braucht es mehr angewandte Forschung zu Biokunststoffen, die ökologisch sinnvoll sind und die Materialeigenschaften von Standardkunstoffen noch besser ersetzen sowie rechtliche Rahmenbedingungen (siehe Gesetzeslage), die Produzenten in die Verantwortung für den kompletten Lebenszyklus ihrer Produkte nehmen (Stichwort erweiterte Produkthaftung / EPL – enhanced product liability). Darüber hinaus braucht es mutige Produzenten, die auch ohne Zwang durch gesetzliche Vorgaben den Weg in die Zukunft und damit in eine zirkuläre Wirtschaft mitgehen.