Biokunststoffe

Pro und Contra Bioplastik – Welche Stoffe schaden weder Umwelt noch Gesundheit?

Plastik gilt neben dem Klimawandel als das größte Umweltproblem. Plastikmüll zerstört die Meere, beschleunigt die globale Erwärmung und das Artensterben. Mikroplastik schädigt die Gesundheit von Pflanzen, Tieren und Menschen. Doch mit wachsendem Umweltbewusstsein war zunächst auch die Hoffnung gewachsen, dass Biokunststoffe eine rettende Alternative bieten könnten.

Viele dieser Stoffe sind nun jedoch in die Kritik geraten, denn einige sind weder biologisch abbaubar noch unbedenklich.1 Tatsächlich handelt es sich aber um ein Verständnisproblem, das mit der Frage nach der richtigen Definition einhergeht. 

Was ist eigentlich ein Biokunststoff?

Biokunststoffe haben eine längere Geschichte als das, was uns heute als Plastik geläufig erscheint, nämlich Kunststoff aus fossilen Stoffen wie Erdöl. Bereits 1869 eröffnete die erste Fabrik, die Celluloid herstellte. Dieser Kunststoff basiert auf Cellulose, einem nachwachsenden Rohstoff, der aus Pflanzen gewonnen wird. Die gesamte Geschichte des Kinos beispielsweise ist bis zum digitalen Zeitalter mit Celluloid, aus dem Filme hergestellt werden, eng verknüpft. Daneben kennt jeder Cellophan, das bereits 1923 massenweise für transparente Folien und viele weitere Produkte hergestellt wurde.

Teile von Wasserfilterkartuschen aus abbaubarem Kunststoff

Teile von Alb Filter Wasserfilterkartuschen aus Lignin (flüssiges Holz). Nicht zu unterscheiden von herkömmlichen Kunststoffen.

Als Basis für Bioplastik dienen vor allem pflanzliche Öle und Fette, Sägespäne, Essensabfälle, Stroh, Korn, Mais, Bambus und Kartoffeln. Diese liefern Grundstoffe wie Zucker, Stärke, Cellulose und Lignin. Aus ihnen werden vom Einweggeschirr über Müllbeutel und Verpackungsmaterial bis zum Möbelstück inzwischen die verschiedensten Produkte hergestellt.

Lange wurden diese aus nachwachsenden Rohstoffen gefertigten Kunststoffe vom billigeren, auf Mineralölbasis hergestellten Plastik, zum Beispiel dem Bakelit, verdrängt. Erst die ökologische Krise rückte sie wieder ins Bewusstsein. Ab 1980 wurden neue Biokunststoffe entwickelt, wie Polyactide (PLA), Celluloseacetat und Thermoplastische Stärke (TPS). 

Wichtige Unterscheidung zwischen biobasierten Kunststoffen und biologisch abbaubarem Kunststoff

Trotzdem müssen diese Stoffe nicht zwingend nachhaltig sein, wenn sie sich zum Beispiel nicht abbauen lassen. Deshalb unterscheidet man auch zwischen Kunststoffen auf biologischer Basis (d.h. sie werden aus pflanzlichen Produkten gewonnen) und biologisch abbaubaren bzw. kompostierbaren Kunststoffen. Diese können, müssen aber nicht aus Biopolymeren bestehen, die sich mithilfe von Mikroorganismen zersetzen lassen.

Nur ein Teil der oft als Biokunststoff bezeichneten Werkstoffe erfüllt ökologische Kriterien. Biologisch abbaubare Kunststoffe können auch zur Entstehung von Treibhausgasen wie Methan führen.

DIN 13432 kompostierbar Icon

Kompostierbarkeitszeichen der European Bioplastics und DIN CERTCO nach EN 13432

Biobasierte Kunststoffe können wiederum durch den Energieaufwand bei der Erzeugung oder durch den Entzug landwirtschaftlicher Flächen für die Nahrungsmittelproduktion Nachteile haben. Nur bestimmte Stoffe sind tatsächlich innerhalb von 12 Wochen kompostierbar in dem Sinn, wie es die technische Norm DIN EN 13432 vorschreibt. Deshalb ist ein genaueres Verständnis dieser Kunststoffe sehr wichtig.

Wie werden Biokunststoffe genau definiert?

Die Internationale Union für reine und angewandte Chemie (IUPAC) empfiehlt den Begriff biobasierte Polymere in Abgrenzung zu Polymeren aus fossilen Stoffen und als Ersatz für die in Verruf geratene Bezeichnung “Bioplastik”. Dabei weist sie darauf hin, dass biobasierte Polymere nicht als überlegen gelten, solange dies nicht anhand des Lebenszyklus des Materials erwiesen ist. 2

Folglich müssen an Biokunststoffe hohe Anforderungen gestellt werden, damit sie sich positiv vom herkömmlichen Plastik abheben. Gerade die Entwicklungen der letzten Jahre mit neuen Werkstoffen, die auch als Novel bioplastics und Drop-Ins bezeichnet werden, wie zum Beispiel das „flüssige Holz“ aus Lignin, geben Anlass zu großer Hoffnung. 

Datenblatt biologisch abbaubares Spritzguss Granulat

Spritzgieß-Granulat aus nachwachsenden Rohstoffen

Welche Biokunststoffe haben nachhaltige Qualitäten?

Von den in den vergangenen Jahren entwickelten biologisch abbaubaren Kunststoffen haben sich vor allem „die biobasierten Stärkekunststoffe, Polyactid und Polyhydroxyfettsäuren sowie der fossil basierte Polyester durchgesetzt.“ 3

  • Stärke und Stärkeblends

    Eine wichtige Rolle spielen Kunststoffe, die aus Stärke gewonnen werden: „Thermoplastische Stärke (TPS oder auch Stärkeblends) ist der zurzeit wichtigste und gebräuchlichste Biokunststoff. Sein Anteil am Gesamtmarkt der Biokunststoffe beträgt etwa 80 %.“ 4 Er wird aus Kartoffeln, Weizen und Mais erzeugt, und man macht daraus zum Beispiel Pflanztöpfe, Trinkbecher oder Tragetaschen. Allerdings gehören Biokunststoff-Müllbeutel nicht in den Kompost oder in die Biomülltonne, sondern müssen mit dem Restmüll entsorgt werden. 
  • Polymilchsäure

    Daneben findet Polyactid (PLA) zunehmend Verwendung. „Polyactid (PLA) bzw. Polymilchsäure ist ein biologisch abbaubarer Polyester und wird aus dem Monomer Milchsäure polymerisiert.“ 5 PLA lässt sich gut zu Folien, Flaschen und Schalen verarbeiten, kommt aber auch bei Implantaten und Nahtmaterial in der Medizin zum Einsatz.

    TPS und PLA vereinen zwei wichtige Merkmale für einen vorteilhaften biobasierten Kunststoff: Sie beruhen auf biologischer Basis und sind biologisch abbaubar.
  • PHF oder PHB (Polyhydroxybuttersäure)

    Zunehmender Beliebtheit erfreuen sich auch Polyhydroxybuttersäure (PHB) oder allgemein die „Polyhydroxyfettsäuren (PHF). Sie sind durch die Einwirkung von Bakterien oder Pilzen auf Zucker oder Stärke gewonnene thermoplastische Polyester.“ 6 Diese führen zu Produkten mit sehr guten mechanischen Eigenschaften. 

Flüssiges Holz: Beispiel für einen nachhaltigen Biokunststoff aus Lignin

Lignin ist ein Grundstoff, der im Holzabfall enthalten ist und Pflanzen die nötige Festigkeit verleiht. Er eignet sich gut zur Herstellung sehr werthaltiger biobasierter Kunststoffe. Bereits 1998 entstand daraus das Markenprodukt Arboform®, das man auch flüssiges Holz nennt. Nach der Jahrtausendwende fanden am Fraunhofer-Institut angewandte Forschungen statt, die zur Entwicklung weiterer Kunststoffe auf Lignin-Basis führten. 7 Hierbei entstand auch der Stoff Arboblend®, der aus einer Rezeptur verschiedener Biopolymere besteht und biologisch abbaubar ist. Bei diesen biobasierten Kunststoffen werden verschiedene wichtige Merkmale für Nachhaltigkeit vereint: Mit der Verarbeitung von Lignin werden Ressourcen geschont und zugleich die Umwelt nicht durch schwer abbaubares Plastik belastet. Inzwischen finden sich hierfür viele Anwendungen, von Musikinstrumenten bis hin zu Haushaltswaren. Aber auch in den Wasserfiltern von Albfilter unterstreicht das verwendete flüssige Holz deren Nachhaltigkeit.

Granulat aus Lignin aus dem Alb Filter Kartuschen hergestellt werden

Arboblend - aus nachwachsenden Rohstoffen

Zusammenfassung

Biokunststoff oder Biopolymere verlangen als Begriffe eine genaue Abgrenzung hinsichtlich ihrer Herkunft und den Möglichkeiten, sie umweltverträglich abzubauen. Nach einer Phase der Skepsis machen zahlreiche Neuentwicklungen von Biopolymeren in den letzten 20 Jahren Hoffnung auf ihren Einsatz als nachhaltige Alternative zu herkömmlichem Plastik. Verbraucher können ihrerseits durch fachgerechte Verwendung und Wiederverwendung von Produkten zu einer besseren Ökobilanz von Biokunststoffen beitragen.

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Quellenangaben

  • IopScience: "Land use mediated GHG emissions and spillovers from increased consumption of bioplastics" WWW: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/aaeafb/meta (06.12.2018)
  • Wikipedia: "Bioplastic" WWW: https://en.wikipedia.org/wiki/Bioplastic#cite_note-IUPAC2012-5 (11.07.2020)
  • Umweltbundesamt: "Biologisch abbaubare Kunststoffe" WWW: https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/publikation/long/3834.pdf (08/2009)
  • ebd. (3)
  • ebd. (3)
  • ebd. (3)
  • Fraunhofer Institut: "Enzymatische Modifikation von Lignin" WWW: https://www.igb.fraunhofer.de/de/forschung/industrielle-biotechnologie/bioprozessentwicklung/etablierung-und-scale-up-von-technischen-enzymprozessen/Enzymatische-Modifikation-von-Lignin.html (Kein Datum angegeben)