Was ist Bioplastik und was sind Biopolymere?

Was verbindet man alles mit dem Begriff "Biopolymere"?
Was verbindet man alles mit dem Begriff "Biopolymere"?
Einteilung der Biopolymere nach Rohstoffen und Abbaubarkeit gemäß "Technische Biopolymere. Rahmenbedingungen, Marktsituation, Herstellung, Aufbau und Eigenschaften" von Hans-Josef Endres, Andrea Siebert-Raths, Hanser-Verlag, 2009.
Als Biopolymere gelten sowohl jene Polymere, die aus Nachwachsenden Rohstoffen bestehen (biobasiert sind), als auch petrobasierte, die biologisch abbaubar sind. Das Netzwerk BioPlastik beschäftigt sich jedoch nur mit biobasierten & biologisch abbaubaren Polymeren (grüne Schrift).

Die Begriffe „Bioplastik“ und "Biopolymere" sind in der Literatur noch nicht eindeutig definiert. Die Bezeichnungen "Biokunststoff", "Bioplastik, „Biopolymer", "biologisch abbaubarer Kunststoff" oder auch "Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen" werden häufig synonym verwendet, haben jedoch unterschiedliche Bedeutungen.

Nach dem Fachbuch "Technische Biopolymere. Rahmenbedingungen, Marktsituation, Herstellung, Aufbau und Eigenschaften" von Hans-Josef Endres und Andrea Siebert-Raths versteht man unter Biopolymeren Polymerwerkstoffe, die mindestens eine der folgenden Eigenschaften erfüllen:

  • Der Werkstoff ist biologisch abbaubar.
  • Der Werkstoff basiert auf nachwachsenden Rohstoffen.

Somit können folgende Biopolymergruppen unterschieden werden:

  • abbaubare petrobasierte Biopolymere (z.B. Polyvinylalkohole, Co-polyester, Polycaprolactone),
  • abbaubare biobasierte Biopolymere,
  • nicht abbaubare biobasierte Biopolymere (z.B. vulkanisierter Kautschuk, Casein-Kunststoffe, hochsubstituierte Celluloseacetate).

⇒ Im Kooperationsnetzwerk BioPlastik geht es ausschließlich um Biopolymere, die sowohl bioabbaubar als auch biobasiert sind.

Quelle: Einteilung der Biopolymere nach Rohstoffen und Abbaubarkeit gemäß "Technische Biopolymere. Rahmenbedingungen, Marktsituation, Herstellung, Aufbau und Eigenschaften" von Hans-Josef Endres, Andrea Siebert-Raths, Hanser-Verlag, 2009.

Damit beschäftigt sich das Netzwerk Bioplastik - PHB und PLA!

Strukturformel von Polyhydroxybuttersäure. Quelle: NEUROtiker ⇌ (Own work) [Public domain], via Wikimedia Commons
Strukturformel von Polyhydroxybuttersäure. Quelle: NEUROtiker ⇌ (Own work) [Public domain], via Wikimedia Commons
Polylactide der (S)-Milchsäure (oben) und der (R)-Milchsäure (unten). Quelle: Jü (Own work) [CC0], via Wikimedia Commons
Polylactide der (S)-Milchsäure (oben) und der (R)-Milchsäure (unten). Quelle: Jü (Own work) [CC0], via Wikimedia Commons

PHB - Polyhydroxybutyrat

Die Abkürzung PHB steht für das Biopolymer Polyhydroxybutyrat, das auch als Poly-(R)-3- hydroxybutyrat, P(3HB) oder auch Polyhydroxybuttersäure bezeichnet wird. PHB ist ein Polyhydroxyalkanoat und gehört zur Stoffgruppe der thermoplastischen Polyester. Vorzüge des Materials sind neben seiner Bioabbaubarkeit und Biokompatibilität seine Zugfestigkeit und Härte sowie seine Hydrolyse- und UV-Stabilität. Die Nachteile der schweren Verarbeitbarkeit auf Grund der spröden Beschaffenheit und dem kleinen Verarbeitungsfenster von nur 30°C können durch Blending und/oder den Zusatz von Additiven aufgehoben werden. Durch sein Eigenschaftsprofil wird PHB in der Zukunft ein großes Marktpotential vorausgesagt.

PLA - Polylactid

Die Abkürzung PLA steht für Polylactid oder auch Polymilchsäure, die wie PHB zur Stoffgruppe der thermoplastischen Polyester gehört. Die Eigenschaften von PLA hängen vor allem von seiner Molekülmasse, seinem Kristallinitätsgrad und gegebenenfalls dem Anteil von Copolymeren ab. Vorteile der PLA-Kunststoffe sind die hohe Festigkeit sowie die Transparenz des Materials für die Herstellung von Folien. Zudem weist PLA eine geringe Wasserdampfbarriere auf. Ein Nachteil des Materials ist der niedrige Erweichungspunkt bei etwa 60°C, so dass das Material beispielsweise für die Herstellung von Gefäßen für Heißgetränke nur schlecht bzw. gar nicht geeignet ist. Durch Additivierung oder eine Modifizierung der Verarbeitungsmethoden ist es aber möglich, PLA-basierte Materialien herzustellen, die auch bei höheren Temperaturen formbeständig sind.

Quellen:

Was ist das Problem mit herkömmlichem Plastik auf Erdölbasis?

Bild: Thomas Max Müller/pixelio.de
Bild: Thomas Max Müller/pixelio.de

Plastik ist überall in unserem Alltag zu finden: Ein Großteil unserer Einrichtungs- und Gebrauchsgegenstände bestehen aus Plastik; Verpackungen, Karosseriebauteile und Funktionstextilien ebenso. Und das nicht ohne Grund: Plastik leitet kaum Wärme, ist langlebig, leicht und flexibel. Doch diese Vorteile verkehren sich schnell in ihr Gegenteil, sobald Plastik als Abfall in die Umwelt gelangt. Dann wird es nämlich in der Natur nur extrem langsam abgebaut und bleibt über Jahrhunderte als Müll erhalten.

Wo befinden sich die fünf größten Meeres-Müllstrudel der Welt?

Die fünf größten zirkulierenden Meeresdriftströme der Erde. Quelle: NOAA (here, img) [Public domain], via Wikimedia Commons.
Die fünf größten zirkulierenden Meeresdriftströme der Erde. Quelle: NOAA (here, img) [Public domain], via Wikimedia Commons.

Plastikmüll in den Ozeanen aber auch in den Binnengewässern ist ein internationales Umweltproblem. Plastikteile so wie deren Zersetzungsprodukte wie Mikroplastik sammeln sich v.a. in Meereswirbeln an und verdichten sich zu riesigen Plastikmüllstrudeln. Die fünf größten Müllstrudel befinden sich im Nordatlantik, Südatlantik, Nordpazifik, Südpazifik und im Indischen Ozean. Jeder wird von einem starken westlichen und einem schwachen östlichen Randstrom flankiert.

Der bekannteste Müllstrudel ist der „Great Pacific Garbage Patch“ im Nordpazifik. Eine Größenabschätzung ist grundsätzlich schwierig, da sich alle Müllstrudel auch fortbewegen, doch Schätzungen für den "Great Pacific Garbage Patch" rangieren von 650.000 km2 - ungefähr der Größe Frankreichs - bis 15.500.000 km2 - knapp der Größe Russlands.

Quelle: „Plastikmüll in den Ozeanen“. In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 25. August 2014, 18:43 UTC. URL: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Plastikm%C3%BCll_in_den_Ozeanen&oldid=133421503 (Abgerufen: 28. August 2014)

Welche Mengen Plastikmüll sind in den Gewässern und mit welchen Auswirkungen?

Toter Albatross mit Plastik im Magen (Foto von Chris Jordan). Quelle: Chris Jordan via U.S. Fish and Wildlife Service Headquarters, via Wikimedia Commons
Toter Albatross mit Plastik im Magen (Foto von Chris Jordan). Quelle: Chris Jordan via U.S. Fish and Wildlife Service Headquarters, via Wikimedia Commons

Laut deutschem Umweltbundesamt befinden sich 60 bis 90 Millionen Tonnen Plastikabfälle im Meer (Stand 2013). Doch auch in Flüssen und Seen sammeln sich mehr und mehr Plastikteilchen an. So ergab eine Untersuchung der Universität Wien, dass es in der Donau mittlerweile mehr Plastikteilchen als Fischlarven gibt. (Zur Nachricht der Uni Wien.)

Die Konsequenzen sind verheerend: Vögel halten die Plastikteilchen für Futter und verenden mit einem Magen voller Plastik. Laut deutschem Umweltbundesamt ist von 136 maritimen Tierarten bekannt, dass sie sich regelmäßig in Müllteilen verstricken und strangulieren. Plastikteilchen können Giftstoffe anreichern. Fische halten die Plastikteilchen für Plankton und so gerät Plastik in unsere Nahrungskette.

Der Ersatz von herkömmlichen Plastikmaterialien durch recyclebare, aber gleichzeitig bioabbaubare Materialien könnte die Müllbelastung und deren Konsequenzen verringern.

Quelle: www.wwf.de/themen-projekte/meere-kuesten/unsere-ozeane-versinken-im-plastikmuell

Was ist Mikroplastik?

10–30 Mikrometer kleine Mikroplastikkügelchen auf Polyethylenbasis in einer Zahnpasta. Quelle: Dantor (talk) (Own work), via Wikimedia Commons
10–30 Mikrometer kleine Mikroplastikkügelchen auf Polyethylenbasis in einer Zahnpasta. Quelle: Dantor (talk) (Own work), via Wikimedia Commons

Als Mikroplastik bezeichnet man Kunststoffteilchen ab einer Größe von fünf Millimeter und kleiner. Verwendung finden Mikroplastikteilchen beispielsweise in Kosmetikprodukten wie Peelings, in denen sie abrasiv wirken. Eine solche Verwendung von Mikroplastik ist in die Kritik geraten, da die Mikroplastikteilchen in die Umwelt und in die Nahrungskette gelangen. Im Meer und anderen Gewässern entsteht Mikroplastik durch die Zersetzung von Plastiktreibgut durch Wellenbewegungen und UV-Strahlung. Aber nicht nur durch mechanische Zersetzung größerer Plastikteile sammelt sich Mikroplastik im Meer an. Im Abwasser von Waschmaschinen werden bis zu 1.900 Plastikteilchen pro Waschgang gefunden.

Quelle: „Mikroplastik“. In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 15. August 2014, 09:06 UTC. URL: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Mikroplastik&oldid=133109100 (Abgerufen: 28. August 2014)

Was haben Bisphenol A und Phthalate mit Plastik zu tun?

Strukturformel von Bisphenol A [4,4'-(propane-2,2-diyl)diphenol]. Quelle: Emeldir (Own work), via Wikimedia Commons
Strukturformel von Bisphenol A [4,4'-(propane-2,2-diyl)diphenol]. Quelle: Emeldir (Own work), via Wikimedia Commons
o-Phthalsäureester. R1, R2 = CnH2n+1 (n = 4–15). Quelle: Jü (Own work) [Public domain], via Wikimedia Commons
o-Phthalsäureester. R1, R2 = CnH2n+1 (n = 4–15). Quelle: Jü (Own work) [Public domain], via Wikimedia Commons

Bisphenole

Bisphenol ist eine chemische Verbindung aus der Gruppe der Diphenylmethan-Derivate. Bisphenol A dient vor allem als Ausgangsstoff zur Herstellung des Kunststoffes Polycarbonat. Zudem wird es als Antioxidans in Weichmachern und in PVC verwendet. Innerhalb Deutschlands werden jährlich ca. 410.000 Tonnen Bisphenol A vermarktet. Bisphenol A gehört zu den hormonellen Schadstoffen, die bereits in winzigen Mengen im menschlichen Hormonhaushalt eingreifen können. Als mögliche Folgen einer Bisphenol A Exposition werden eine reduzierte Spermienzahl, Erbgutschäden oder auch Verhaltensstörungen diskutiert. Auf Grund des potentiellen Gefahrenpotentials ist seit 2011 EU-weit der Einsatz von Bisphenol A bei der Produktion von Babyflaschen sowie die Vermarktung bisphenol-A-haltiger Babyflaschen verboten. Trotzdem ist es noch in vielen Alltagsgegenständen enthalten, wie z. B. Er ist in Babyschnullern, Plastikgeschirr, Konservendosen oder Thermopapier (z.B. Kassenbons).

Phthalate

Phthalate sind Ester der Phthalsäure mit verschiedenen Alkoholen bzw. Salzen der Phthalsäure, die überwiegend als Weichmacher für Kunststoff oder synthetisches Gummi verwendet werden. Bis vor wenigen Jahren wurde der Markt von Weichmachern auf Phthalatbasis dominiert, doch führen gesetzliche Regelungen und ein steigendes Umweltbewusstsein zu einem immer häufigeren Einsatz von phthalatfreien Weichmachern. Insbesondere niedermolekulare Phthalate gelten als gesundheitlich problematische Verbindungen, da sie im Verdacht stehen, wie Hormone zu wirken und zu Unfruchtbarkeit, Übergewicht und Diabetes zu führen.

Quellen:

Warum sind Drop-In-Biokunststoffe nicht die Lösung?

Drop-in-Lösungen von Biokunststoffen basieren zwar auf nachwachsenden Rohstoffen, chemisch gesehen entsprechen sie aber Standardkunststoffen, wie z. B. Bio-Polyethylen (Bio-PE). Bei diesem Kunststoff werden nachwachsende Rohstoffe fermentativ zu Ethanol umgesetzt und anschließend zu Polyethylen polymerisiert. Damit sind Drop-In-Lösungen in der Regel auch nicht biologisch abbaubar. So schont die Verwendung von Drop-In-Lösungen zwar die Erdöl-Ressourcen, löst aber nicht die Problematik des Plastikmülls und seiner Zersetzungsprodukte.

Gibt es 100% biobasierte und bioabbaubare Kunststoffmaterialien?

Pflanztopffolie aus 100% PHB von Metabolix. Quelle: Metabolix Inc.
Pflanztopffolie aus 100% PHB von Metabolix. Quelle: Metabolix Inc.

Die Herstellung von 100% biobasierten und bioabbaubaren Kunststoffmaterialien ist möglich und auch erstrebenswert. In den USA gibt es beispielsweise schon Pflanztopffolie aus 100% Polyhydroxybuttersäure, welche im normalen Gartenboden komplett abbaubar ist. Obwohl solche Produkte auf dem Markt erhältlich sind, sind sie leider noch sehr selten und daher Nischenprodukte, da sie häufig noch nicht das funktionale Eigenschaftsprofil von erdölbasierten Kunststoffen erreichen. Hierfür müssen noch Biokunststoffmischungen sowie biobasierte und bioabbaubare Additive entwickelt werden.

Wie erkenne ich eine umweltfreundliche Verpackung?

Ein Überblick über die Zertifizierungen von DinCertco und Vinçotte.
Ein Überblick über die Zertifizierungen von DinCertco und Vinçotte.

Die Umweltfreundlichkeit einer Verpackung ist nicht einfach zu beurteilen, da häufig Begriffe wie „grün“, „bio“ und „nachhaltig“ nur sehr ungenaue und allgemeine Behauptungen darstellen. Deswegen sollte man als Verbraucher auf offizielle Zertifizierungen achten.

Zurzeit gibt es zwei Zertifizierungssysteme – DinCertco und Vinçotte - die jeweils den Grad der Bioabbaubarkeit und den Anteil biobasierten Kohlenstoffs in dem Produkt ausweisen. DinCertco vergibt ein sogenanntes „Qualitätszeichen biobasierter Produkte“ in den Abstufungen 20-50%, 50-85% und >85%, wobei sich die Prozentzahl auf den Anteil an biobasiertem Kohlenstoff im Biokunststoff bezieht.

Vincotte vergibt das Logo „OK biobased“, wobei hier der Bioanteil zwischen 20-40%, 40-60%, 60-80% und >80% codiert über die Anzahl an Sternchen im Logo (1 bis 4 Sterne) zertifiziert wird. Sowohl DinCertco als auch Vinçotte vergeben Zertifikate für Materialien, wenn diese kompostierbar nach der EU-Norm EN 13432, industriell kompostierbar oder im Garten zu Hause kompostierbar sind.

Die Webseiten der beiden Zertifizierungsstellen für Verpackungen sind:

Sind Bioplastikmaterialien teurer und wenn ja warum?

Viele Verbraucher kaufen nur deswegen keine Verpackungen aus Bioplastikmaterialien, weil diese meistens teurer als Verpackungsmaterialien aus erdölbasierten Plastik ist. Erdölbasierte Verpackungsmaterialien sind aber unter anderem deswegen so günstig, weil sie für einen Massenmarkt in sehr großen Mengen hergestellt werden und dadurch preisgünstig produziert werden können. Bezüglich des Preises befinden sich Bioplastikmaterialien daher in einer Situation eines „Huhn-Ei-Dilemmas“. Bioplastikmaterialien werden nicht gekauft, weil sie zu teuer sind, sie können aber auch nicht günstiger hergestellt werden, weil sie nicht gekauft werden.

Widersprechen sich Abbaubarkeit und Recyclingfähigkeit von Bioplastikmaterialien?

Building Recycling Icon: danleap, iStockphoto.com
Building Recycling Icon: danleap, iStockphoto.com

Klares Nein! - Ganz im Gegenteil: Die Eigenschaften eines Bioplastikprodukts, einerseits biologisch abbaubar zu sein und andererseits recycelt werden zu können, ergänzen sich hervorragend.

Grundsätzlich hat die Eigenschaft, in natürlichen Umgebungen abbaubar zu sein, nichts mit der Recyclingfähigkeit zu tun. Bioabbaubarkeit bedeutet, dass ein Material unter definierten Bedingungen (z. B. Hauskompost, Industriekompostieranlage) von Mikroorganismen abgebaut werden kann, aber nicht von selbst oder durch den alltäglichen Gebrauch zerfällt. Gelangt aber ein solches Bioplastikprodukt unbeabsichtigt in die Umwelt, wird es dort innerhalb einer kurzen Verweildauer biologisch abgebaut und führt somit nicht zu dem Plastikmüll-Problem, dem wir uns momentan gegenüber sehen. Doch sowohl aus ökonomischer als auch aus ökologischer Sicht ist recyceln dem kompostieren vorzuziehen!

Prinzipiell bestehen für das Recycling von Bioplastik, wie z. B. PLA, zwei Möglichkeiten: das wertstoffliche und das rohstoffliche Recycling. Verfügbare Technologien zur Abtrennung von biobasierten Polymeren aus der Abfallfraktion sind z. B. das Nah-Infrarot-Verfahren und Laser- oder Röntgentechniken.

Wie entsorge ich Bioplastikmaterialien und kann ich sie im Garten kompostieren?

Mulchfolien aus bioabbaubarem PBAT/PLA-Compound lassen sich nach der Ernte unterpflügen und müssen nicht wie klassische Folien zunächst eingesammelt und dann entsorgt werden. Bild: BASF SE
Mulchfolien aus bioabbaubarem PBAT/PLA-Compound lassen sich nach der Ernte unterpflügen und müssen nicht wie klassische Folien zunächst eingesammelt und dann entsorgt werden. Bild: BASF SE

Wenn die Produkte entsprechend zertifiziert sind, dass sie zu Hause kompostiert werden können, z.B. durch ein Zertifikat von DinCertco oder Vinçotte, dann können die Produkte auf dem heimischen Komposthaufen entsorgt werden. Siehe auch "Wie erkenne ich eine umweltfreundliche Verpackung?"

Allgemein gilt: Gemäß der Bioabfallverordnung aus dem Jahr 2011 ist es nicht erlaubt, Bioplastik in der Biotonne zu entsorgen. Ausnahmen sind hier beispielsweise Mulchfolien, die in den Boden eingeebnet werden und dort abgebaut werden können. Bioplastik gehört, wenn es ein Recylingzeichen trägt, in die Wertstofftonne, anderenfalls in den Restmüll.

 

Headerbild (Plastikflasche): ©CFalk/pixelio.de