Biobasierte Kunststoffe können in langlebigen und recycelbaren Anwendungen große Mengen an CO2 speichern und einen echten Beitrag zum Klimaschutz leisten. Entsprechendes Produktdesign und eine funktionierende Kreislaufwirtschaft vorausgesetzt, könnte die Kunststoffbranche zu einer Schlüsselindustrie einer grünen Wirtschaft werden.

Wie biobasierte Kunststoffe zur langfristigen Speicherung von CO2 beitragen können

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Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Kunststoff-Aufbereitung

Mit Biokunststoffen zur Zukunftsbranche

Fast 700 Unternehmen quer durch die Kunststoff-Wertschöpfungskette sind europaweit bereits Teil von Operation Clean Sweep (OCS) und tragen dazu bei, das Aufkommen von Kunststoffgranulaten in der Umwelt zu verringern. Dies geht aus dem nun veröffentlichten OCS-Fortschrittsbericht von Plastics Europe hervor.

Fluorkunststoffe

Thermoplaste

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Technische Kunststoffe

Füllstoffe für Kunststoffe

Verbände

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Hochleistungskunststoffe

PlasticsEurope veröffentlicht Bericht von Operation Clean Sweep

Die digitale Messe D-Expo Kunststoff des Carl Hanser Verlags startet am 10. November mit drei Live-Tagen. Viele branchenbekannte Aussteller und Institutionen unterstützen das Event rund um die Kunststofftechnik u.a. mit Vorträgen oder Interviews im Auditorium.

Komponenten für die Kunststoffverarbeitung

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Verbände, Institutionen, Messen

Dienstleistungen

Kunststoffverarbeitung

Lohnfertigung

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Industrie 4.0

Kunststoffhandel

Handel

Betriebstechnik für Kunststoffverarbeitung (Peripherie)

D-EXPO Kunststoff startet am 10. November 2020

Gewichts- und Kosteneinsparungen sind in der Luftfahrt stark gefordert. Das gilt nicht nur für verbaute Komponenten, sondern auch für Nutzgegenstände wie Tabletts. Eine Möglichkeit, das Gewicht zu reduzieren, stellen Polymerschäume dar. Allerdings lässt bei ihnen oft die Oberflächengüte zu wünschen übrig. Mit den richtigen Anpassungen können jedoch hochwertige Oberflächen erzeugt und auch noch die Ökobilanz deutlich verbessert werden.

Polypropylen-Integralschaum ersetzt ABS

Schaumspritzgießen

Spritzgießen

Compound

Schaumstoffe und Vorprodukte

Kunststoffe

Photonik

Optik

Schaumstoffe

Polypropylen-Compound

Polypropylen

Mit geringerem CO2-Fußabdruck  servieren

Bioabbaubare Kunststoffe werden als nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen angepriesen. Für ihren Abbau sind allerdings häufig ganz bestimmte Bedingungen notwendig. Welche das konkret sind und wie sich verschiedene Verarbeitungsarten sowie chemische Veränderungen auswirken, ist noch nicht hinreichend erforscht. In einem Forschungsprojekt wurde das nun für geschäumtes und ungeschäumtes chemisch modifiziertes Polylactid (PLA) untersucht.

Lassen sich auch chemisch modifizierte PLA-Schäume biologisch abbauen?

Partikelschäumen

Schäumen / Reaktive Verarbeitung

Polylactid

Auf den Kompost, statt in den Müll

Im Auftrag der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe haben Bio Math und das SKZ eine Übersicht der für biobasierte Kunststoffe eingesetzten Additive erstellt.

Markt & Wirtschaft

Additive

FNR veröffentlicht Studie zu biobasierte Additiven

Nicht nur Gesetzgeber wollen die Kreislaufwirtschaft fördern, auch in Gesellschaft und Industrie haben Rezyklate wieder höchste Bedeutung erlangt.

Qualitätssteigerung bei Material und Verarbeitung auf dem „Praxisforum Kunststoffrezyklate“

Wiederaufbereitung

Zweites Leben auf hohem Niveau

Die Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften von Kunststoffen werden ökologisch zunehmend zum Verhängnis. Wie die K 2019 gezeigt hat, bereiten zahlreiche Initiativen und technische Entwicklungen den Weg für den Aufbau einer Kreislaufwirtschaft.

Bilanz der K 2019: Die Kunststoffbranche hat ihre Verantwortung erkannt

Ressourcenmanagement

Produktion

Aufbruch ins Zeitalter der  Kreislaufwirtschaft

Kunststoffe sprach mit Mercedes Alonso von Neste, über die vielversprechendsten Technologien für chemisches Recycling. Im Interview verrät sie außerdem, wieso Neste Lebensmittelrückstände für die Kunststoffproduktion kauft.

Interview mit Mercedes Alonso, Vorstandsmitglied bei Neste

„Chemisches Recycling ist noch nicht reif für den kommerziellen Einsatz“

Letztes Jahr hat der italienische Compoundeur Sirmax großflächig investiert. Mit Società Europea di Rigenerazione (SER) und Microtec wurden zwei Firmen übernommen und zusätzliche Produktionskapazitäten kamen hinzu. Ein Großteil dieser Investitionen floss in Recyclingtechnologien. Im Juni sollen nun weitere Recyclinganlagen in Italien in Betrieb gehen. Aus diesem Anlass sprach Kunststoffe mit dem Geschäftsführer von Sirmax, Massimo Pavin.

Wieso der Compoundeur Sirmax ins Recycling einsteigt

Streifinger, Florian

Compoundeure

Compoundieren

„Rezyklate zuzukaufen, wäre zu  gefährlich“

Auch bei Partikelschäumen steigt das Interesse am Einsatz von Biopolymeren. Dass sich Sintern und Schweißen der Schaumpartikel auch mit Blends aus Polylactid (PLA) und Polyhydroxybutyrat-co-Valerat (PHBV) durchführen lässt, zeigt ein Forschungsprojekt.

Blends aus PLA und PHBV können expandiertes Polystyrol ersetzen

Blend

Biobasierte Polymeralternativen für  Partikelschäume

Ab 2025 sollen in jedem Neufahrzeug von Volvo 25 Gew.-% recycelte Kunststoffe enthalten sein. Damit will der Automobilkonzern nicht nur sich, sondern auch seine Zuliefererkette in Richtung Wiederverwertung ziehen. Kann das gelingen? Der erste vorgestellte Prototyp wird in der Kunststoffbranche kontrovers diskutiert.

Wie der schwedische Autobauer den Recyclinganteil in Fahrzeugen steigern will

Automotive

Fahrzeugbau

Kreislaufwirtschaft

Volvo macht es vor

Kunststoffverarbeitern steht eine breite Farbpalette für das Einfärben ihrer Produkte zur Verfügung. Die Auswahl der passenden Farbe kann schließlich entscheidend für den Erfolg sein.

Trendbericht zum Einfärben von Kunststoffen

Pigmente

Pigmente, bunt

Masterbatches

Farbstoffe und Pigmente

Farbkonzentrate (Batches)

Farbstoffe

Effektpigmente

Farben, flüssig

Welche Farbe darf es 2021 sein?

Das Kreislaufsystem für PET-Flaschen in Deutschland ist eine Erfolgsgeschichte des Recyclings. Bei vielen anderen Polyestern stockt die Wiederverwendung aber noch. Oft liegt das an den zugesetzten Additiven oder Verunreinigungen durch die Nutzung.

Wie das Recycling von Polyestern effizienter gestaltet werden soll

Polyester

Polyethylenterephthalat

Additive entfernen, Energie sparen

Beim chemischen Recycling können aus Kuntstoffabfällen mithilfe von leistungsfähigen Prozessen hochwertige Ausgangsstoffe für neue Kunststoffprodukte gewonnen werden.

Solvolyse mit unterschiedlichen Lösungsmitteln im Praxiseinsatz

Polyurethan-Schaumstoffe (PUR)

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

Polyurethan

Maßgeschneiderte Polyole aus  Kunststoffabfällen

Kunststoffe sind in der öffentlichen Debatte umstrittener denn je. Besonders harsch kritisiert werden die großen Abfallberge und die Klimabilanz. Die fossile Herkunft der Kunststoffe passt nicht zu den Zielen beim Klimaschutz. Biobasierte und bioabbaubare Kunststoffe konnten sich deshalb bereits an einigen Stellen als umweltfreundlichere Alternativen etablieren. Für den ganz großen Durchbruch müssen vorher aber noch einige Probleme beseitigt werden.

Biobasierte und bioabbaubare Kunststoffe konnten sich bereits an einigen Stellen als umweltfreundlichere Alternativen zu Kunststoffen mit fossiler Herkunft etablieren. Für den ganz großen Durchbruch müssen vorher aber noch einige Probleme beseitigt werden.

Es ist eine Misere: Jeden Tag wird heute ein für die Kunststoffindustrie relevantes Thema sehr kritisch in den Medien behandelt. Das geht schon länger so und hat Folgen für die Märkte. Vermeintlich besonders umweltgefährdende Kunststoffprodukte wie Plastiktaschen, Strohhalme oder Einweggeschirr wurden bereits in vielen Ländern verboten. Es ist davon auszugehen, dass diese Verbote auf weitere Produkte ausgeweitet werden und sich zusätzliche Länder anschließen. Die Suche nach Ersatzstoffen läuft deshalb auf Hochtouren (Tabelle 1). In einigen Ländern gibt es Ausnahmen für nachweislich biologisch abbaubare, kompostierbare Kunststoffe, mit zum Teil sehr positiven Effekten für deren Marktentwicklung. Als Lösung für Abfallprobleme werden sie dabei gar nicht angesehen. Zu komplex sind die Fragen zur Umweltsicherheit, wenn Kunststoffprodukte aus nicht perfekt geschlossenen Kreisläufen entweichen.

Eine echte Kreislaufwirtschaft für Kunststoffe ist ohnehin eher die Ausnahme. Jenseits von Flaschen aus Polyethylenterephthalat (PET) dominieren weiterhin Downcycling, Deponieren und Verbrennen. Ambitionierte gesetzliche Vorgaben und Anstrengungen der Wirtschaft werden Fortschritte bringen, doch sind die Erwartungen auch leicht zu enttäuschen. Kunststoffe sind aufgrund ihrer Material- und Produktvielfalt nicht mit den vergleichsweise simplen und sortenreinen Strömen von Metall, Glas oder Papier zu vergleichen. Die heterogene Zusammensetzung ist der Hauptfeind von wirtschaftlichen Lösungen.

Biokunststoffe bieten in diesem Zusammenhang eine Chance. Würde statt des fossilen mehr erneuerbarer Kohlenstoff aus nachwachsender Biomasse oder CO2 verwendet, wäre zumindest der materielle Kohlenstoffkreislauf geschlossen. Das würde die Ökobilanzen, vor allem im Hinblick auf den Klimaschutz, weitaus besser aussehen lassen. Für recycelbare Kunststoffprodukte und daraus gewonnene Rezyklate gilt das ebenso wie für die auch in Zukunft große Anzahl nicht recyclingfähiger Produkte. Erneuerbare Ressourcen sind im Materialbereich genauso hilfreich wie im Energiesektor. Oft sind sie dort sogar noch förderlicher, da sie eine dauerhafte und wertschöpfende Nutzung des aus der Atmosphäre entfernten CO2 ermöglichen.

Diese Vorteile schlagen sich bisher aber nicht in einem maßgeblichen Marktanteil von Biokunststoffen nieder. Zurzeit liegt dieser bei unter einem Prozent. Das entspricht etwa einer weltweiten Kapazität von 2 Mio. t, bezogen auf produktionsreife Thermoplaste (Bild 1). Abschätzungen des nova-Instituts auf Basis der Monomerkapazitäten beziffern die theoretische Kapazität der biobasierten duromeren Epoxide und Polyurethane auf etwa 5 Mio. t. In den vergangenen drei Jahren wurden auch Anlagen geschlossen und Pläne für weitere Produktionsstätten eingestampft.

Die als „Drop-In-Biokunststoffe“ bezeichneten biobasierten Varianten von Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder PET sind weniger als 10 Jahre auf dem Markt. Braskem S.A., Sao Paulo/Brasilien, hatte als erstes Unternehmen 2010 mit der Vermarktung von nahezu 100 % aus Zuckerrohr gewonnenem PE begonnen. Das Unternehmen bietet Typvarianten von PE-HD, PE-LD oder auch PE-LLD an. Mit einer Kapazität von 200 000 t/a unterhält Braskem die größte Einzelanlage der Welt.

Wie bei PE üblich dominiert der Verpackungssektor. Aus Bio-PE hergestellte flexible Verpackungen oder blasgeformte Flaschen sind prinzipiell gut recycelbar. Teilweise bestehen die Werkstoffe bereits aus Mischungen mit Rezyklaten – ein Novum im Biokunststoffbereich (Bild 2). Die Vermarktung von Bio-PE hat inzwischen allerdings auch andere Sektoren erfasst. Es wird mittlerweile auch für Möbel, Spielzeug oder Schaumstoffe verwendet. Anders als im stets kritisch betrachteten Verpackungssektor lassen sich Modeprodukte leichter mit positiven Botschaften aufladen (Titelbild).

Braskem vermarktet mit Partnern inzwischen auch polymere Ethylvinylacetate (EVA) oder den Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM). Beide Polymere ergeben sich aus der biobasierten Ethylenchemie. Die stark wachsende Nachfrage nach biobasiertem PE ist nicht zuletzt seiner starken Klimabilanz geschuldet: 1 t Bio-PE integriert über das in den Rohstoffen gebundene CO2 etwa 3 t CO2. Konventionelles PE emittiert bei der Herstellung hingegen fast 2 t CO2 (Daten: Carbon Trust, UK). Je bedeutender der Klimaschutz wird und je stärker die Kosten für CO2-Emissionen den Produktpreis beeinflussen, desto wettbewerbsfähiger werden biobasierte Varianten, die nachweislich geringere Mengen an CO2-Äquivalenten emittieren.

Seit Kurzem wird ein weiterer Syntheseweg zur Herstellung von biobasierten PE und PP genutzt. Der finnische Hersteller Neste, Espoo, bietet Bio-Naphtha an, eine Pflanzenölvariante des sonst aus Erdöl gewonnenen Chemiegrundstoffs Naphtha. Wird dieses Bio-Naphtha in den üblichen thermokatalytischen Prozessen (Cracker) von Kunststofferzeugern verwendet, ergeben sich zu einem signifikanten Teil biobasierte Varianten von PE oder PP. In Zusammenarbeit mit LyondellBasell entstand zum Beispiel im Juni 2019 ein mindestens zu 30 % biobasiertes PE. Neste hat außerdem eine Partnerschaft mit dem Möbelhersteller Ikea geschlossen, der vorwiegend biobasiertes PP nachfragt. Der Rohstoff kann aus Anbaubiomasse oder Abfällen der Pflanzenölgewinnung erzeugt werden. Je nach Mengenanteil des fettsäurebasierten Rohstoffs im Prozess variiert der Gehalt im Polymer.

Drop-In ist allerdings nicht zwangsläufig der einfache Weg zum biobasierten Kunststoff und zum Markt. Das verdeutlicht die Entwicklung bei Bio-PET. 2009 kündigte Coca-Cola zusammen mit Partnern an, zukünftig aus biobasiertem Monoethylenglykol (MEG) gewonnenes PET mit 30 % biobasiertem Anteil verwenden zu wollen. Damals war von einem schrittweisen Verlauf hin zur vollständigen Substitution die Rede. Inzwischen hat jedoch mit Greencol Taiwan ein Hersteller von Bio-MEG die Produktion ganz eingestellt. Hauptgrund dafür ist der Wettbewerb mit PET (MEG) aus konventioneller Produktion, das immer preisgünstiger wird. PET-Preise werden außerdem zunehmend durch das wachsende Angebot an Rezyklaten und in Europa durch politische Vorgaben beeinflusst – eine Ausnahme in der Kunststofflandschaft.

Bio-PET sollte dennoch nicht als abschreckendes Beispiel dienen. Dadurch ändert sich nichts am Sinn und Zweck der Entwicklung biobasierter Varianten. Der Weg geht weg von fossilen Kohlenstoffressourcen. Konsortien großer Getränkehersteller sowie diverse forschungsorientierte Organisationen suchen deshalb weiter nach kostengünstigen Wegen zu 100 % biobasiertem MEG oder PET. Das Chemieunternehmen Haldor Topsoe, Lyngby/Dänemark, entwickelt beispielsweise direkte katalytische Routen zu MEG aus Zucker.

Schwierige Lage bei Bio-Alternativen zu PET

Bio-PET ist nur ein Beispiel für enttäuschte Hoffnungen. Generell kann die Entwicklung von biobasierten Kunststoffen nahezu nie die einst formulierten Erwartungen erfüllen. Das merkten ebenfalls die Entwickler und Hersteller von Polyethylenfuranoat (PEF). 2016 gründeten die beiden Chemieunternehmen Avantium und BASF das Joint Venture Synvina. 50 000 t/a Monomere und PEF sollte das Projekt produzieren. Die sehr hohen Erwartungen wurden bereits drei Jahre später mit dem Ausstieg von BASF gedämpft. Avantium macht nun alleine weiter und sucht nach neuen Partnern. Die Hinweise auf bessere technische Eigenschaften als PET verhalfen PEF bisher nicht zum kommerziellen Durchbruch. Auch der große Vorteil, dass eine Rohstoffgewinnung für PEF möglich ist, ohne in Wettbewerb mit der Lebensmittelerzeugung zu treten – ein häufiger Kritikpunkt an Biokunststoffen – änderte daran nichts. Dafür ist der technologische, zeitliche und finanzielle Aufwand zur Entwicklung und Vermarktung neuer Monomere und Polymere schlichtweg zu groß. Hilfe aus der Politik ist abseits einiger Millionen Fördergelder nicht zu erwarten.

Varianten zum Erfolgskunststoff PET sind dennoch in Forschungslaboren zu besichtigen. DuPont Biomaterials, Wilmington/North Carolina/USA, entwickelt beispielsweise Furanoatdimethylester (FDME). Das Unternehmen arbeitet außerdem an einer Furanoat-Variante (PTF) ihres Polyesters Polytrimethylentere-phthalat (PTT) aus biobasiertem 1,3-Propandiol (PDO) und Terephthalsäure (TPA). Auch das Start-up AVA BioChem, Zug/Schweiz, und der Biotechnologiekonzern Corbion, Gorinchem/Niederlande, forschen an biobasierten Alternativen zu PET. Deren breite Einführung wird länger dauern als gedacht. Die Euphorie der letzten Jahre ist einer gewissen Ernüchterung gewichen. Das ändert allerdings nichts am erheblichen Potenzial dieser Stoffe, das sie aufgrund ihrer Werkstoffeigenschaften besitzen.

Der biobasierte Polyester PTT, der von seinen Eigenschaften zwischen dem Massenkunststoff PET und dem technischen Polyester Polybutylenterephthalat (PBT) liegt, erfreut sich immerhin bereits einer gestiegenen Nachfrage. PTT wird vor allem als textile Faser für Sport- und Outdoorkleidung oder technische Textilien wie strapazierbare Teppiche verwendet. Für den biobasierten Anteil sorgt das oben erwähnte Monomer 1,3-PDO, das bereits im sehr großen Maßstab fermentativ erzeugt wird, beispielsweise von DuPont Tate & Lyle Bio Products, Loudon/Tennessee/USA, und Zhangjiagang Glory Biomaterial, Zhangjiagang/China.

Einige biobasierte Polyamide (PA) gehören zu den bereits seit Längerem etablierten Biokunststoffen. Der Hersteller des seit Jahrzehnten bekannten Spezialpolymers „Rilsan“ (PA 11) Arkema, Colombes/ Frankreich, hat 2019 die Ausweitung der Produktionskapazität angekündigt; ohne allerdings genaue Angaben zum geplanten Volumen zu machen. Wie die Varianten von PA 10 wird PA 11 aus Rizinusöl hergestellt. Alle PAs sind Leistungskunststoffe für zum Teil sehr spezielle Anwendungen. Deshalb steht die Leistung und nicht der Preis oder das ökologische Profil im Vordergrund der Entwicklung und Vermarktung. Hochwertige biobasierte PA kommen vor allem in der Automobil- und Textilindustrie zum Einsatz. Für eine gewisse Dynamik sorgt die stärkere Nachfrage der Hersteller von Outdoorprodukten. „Bio-Marketing“ steht dort gerade hoch im Kurs, und jede Marke versucht, sich mit entsprechenden Produkten zu schmücken.

Deutlich weiter in der Entwicklung sind biobasierte, aliphatische Polycarbonate (PC). Ein erster Markterfolg scheint nun Mitsubishi Chemical mit ihrem Isosorbit-basierten PC „Durabio“ zu gelingen. Das legt die Ausweitung der Kapazität auf etwa 20 000 t/a nahe. Das Material vereint positive Eigenschaften von PC und Polymethylmethacrylat (PMMA) und wird unter anderem im Fahrzeugbau oder für Displays elektronischer Geräte eingesetzt.

Wenig überschaubar ist das komplexe Feld der biobasierten Polyurethane (PUR). Diese aus mehrwertigen Alkoholen (Polyolen) und Isocyanaten hergestellten Polymere kommen von thermoplastischen Varianten (TPU) bis hin zu dreidimensionalen Duromeren in allen möglichen Formen vor. Dementsprechend variabel sind auch ihre Eigenschaften. Von sehr weichen, schaum- oder gummiartigen bis hin zu harten und dichten PURs ist alles dabei. Auch Kleber fallen darunter. Die Chemie hinter jeder einzelnen, oftmals maßgeschneiderten Formulierung ist meistens Betriebsgeheimnis. Oft werden Komponenten und biobasierte Anteile nicht benannt. Über die Polymere und Märkte ist deshalb nur wenig bekannt.

Biobasierte Monomere werden vor allem in Form von Polyolen eingesetzt. Polyol-Ausgangsstoffe sind unter anderem Pflanzenöl- oder Fettsäurederivate, oft Sojaölderivate, Glycerol, bestimmte Zucker, 1,3-PDO oder Bernsteinsäure (Succinid Acid). Lediglich der Chemiekonzern Covestro bietet seit Kurzem auch ein Diisocyanat auf Basis von biobasiertem Anilin an. Das Kölner nova-Institut schätzt den jährlichen Verbrauch biobasierten PURs auf etwa 2 Mio. t weltweit. Allerdings ist der biobasierte Anteil bei ihnen vergleichsweise niedrig. Je nach Formulierung liegt er oft bei nur 10 bis 30 %. Außerdem ist die Datenlage relativ undurchsichtig.

Biologisch abbaubare Kunststoffe:  weitere Märkte dringend gesucht

Über Sinn und Zweck biologisch abbaubarer Kunststoffe herrscht seit Langem Uneinigkeit. Die implizit verkürzte Lebensdauer daraus hergestellter Produkte prädestiniert die meist aus Co-Polyestern mit zwei bis vier Monomeren bestehende Polymergruppe insbesondere für kurzlebige Einwegartikel wie Beutel, Verpackungen oder Strohhalme. In der aktuellen Debatte über die großen Müllberge wird deshalb auch immer über die biologische Abbaubaubarkeit von Kunststoffen als mögliche Lösung diskutiert. Die Meinungen gehen dabei auseinander. Frankreich und Italien haben Ausnahmeregelungen erlassen für nachweislich biologisch abbaubare und kompostierbare, dabei prozentuale Mindestanteile nachwachsender Rohstoffe enthaltende Produkte. Andere Länder verbieten auch abbaubare und kompostierbare Kunststoffe.

Letztlich geht es um den Nutzen und die Sicherheit. Kompostierbare Beutel ermöglichen eine effizientere und reinere Abfallsammlung. Nicht-abbaubare Kunststoffe verursachen in vielen Bereichen erhebliche Probleme. Ob die Verwendung biologisch abbaubarer Kunststoffe diese allerdings lösen, hängt stark vom Einsatzbereich ab. Was beim Kompost kontrollierbar gut funktioniert, muss unter ungeregelten Umweltbedingungen, etwa im Boden oder in Gewässern, seine Eignung noch beweisen. Es bedarf deshalb noch weiterer Forschung, ob und welche Polymere und Produkte empfohlen werden können. Bis dahin ist der Markt für biologisch abbaubare Kunststoffe mehr oder weniger ein Tütenmarkt (Bild 3). Er macht geschätzt etwa 80 % der Gesamtnachfrage aus.

Vom Tütenmarkt profitieren zurzeit alle Polymerhersteller und Compoundierer biologisch abbaubarer Kunststoffe. Am weitesten verbreitet sind die Polymere Polybutylenadipat-Terephthalat (PBAT) und Polymilchsäure (PLA). PLA ist ein vergleichsweise komplexer Polyester, der ähnlich wie PP unterschiedliche Eigenschaften ausprägen kann. Die weltweite Produktion von PLA steigt seit einigen Jahren. Total Corbion nimmt beispielsweise in diesem Jahr eine große Produktionsanlage für PLA in Thailand mit einer jährlichen Produktion von 75 000 t in Betrieb. Für Co-Polyester kommen eine Reihe biobasierter Monomerbausteinen infrage, wie biobasiertes 1,4-Butandiol, Bernsteinsäure, Azelainsäure. Meistens wird aufgrund der vergleichsweise hohen Kosten mit billiger Stärke oder mit funktionalem PLA aufgefüllt.

Vollständig aliphatisch aufgebaute. bioabbaubare Polyester konnten sich noch nicht durchsetzen. Dazu zählen Polyhydroxyalkanoate (PHA), die seit Jahrzehnten einen starken Forschungsschwerpunkt bilden. Ihre Produktion liegt dennoch weltweit bei weniger als 10 000 t/a. Trotz der langen Entwicklungszeit ist die technologische Herausforderung durch die direkte mikrobielle Polymerisation nach wie vor groß. Weniger komplex ist hingegen Polybutylensuccinat (PBS), das über eine ähnlich gute Abbaubarkeit verfügen soll. PBS kann je nach Herkunft der Monomere vollständig oder gar nicht biobasiert sein.

Weiterhin tun sich die Hersteller biologisch abbaubarer Kunststoffe schwer, Anwendungsgebiete abseits der gesellschaftlich umstrittenen Serviceverpackungen zu erobern. Spritzgussartikel, wie beispielsweise besonders umweltfreundliches und sicheres Spielzeug, existieren im Markt nur in wenigen Ausnahmen. Auch die vor allem gegenüber Sauerstoff vorhandenen Barriereeigenschaften kommen bisher kaum zum Tragen. Bei Mehrschichtverpackungen für Lebensmittel spielt sie beispielsweise eine große Rolle. Diese Verpackungen sind weit verbreitet, geraten wegen ihrer schlechten Recycelbarkeit aber zunehmend in die Kritik. Dabei ist es möglich, mit Biokunststoffen die Funktionalität von Mehrschichtverpackungen bei gleichzeitigem Erhalt der Kompostierbarkeit und hohen biobasierten Anteilen zu erreichen. Das breite Sortiment der niederländischen Ökolebensmittelkette Ekoplaza beweist das (Bild 4).

Entscheidende Einflüsse begünstigen Biokunststoffe

Drei Faktoren werden zukünftig auf den Kunststoffmarkt massiven Einfluss ausüben: das Gebot der Langlebigkeit, oft ausgedrückt als Mehrweg- und Recyclingfähigkeit, die verringerten Treibhausgasemissionen und weniger Gesundheits- und Umweltrisiken. Trotz der zurzeit schleppenden Entwicklung besitzen Biokunststoffe deshalb ein sehr großes Potenzial. Für biobasierte Kunststoffe gilt das in der Breite, für biologisch abbaubare weiterhin eher als Nischenprodukt.

Drop-In-Biokunststoffe wie Bio-PE, -PP oder -PET werden stark von zukünftigen Maßnahmen zur CO2-Reduktion profitieren (Bild 5). Gegenwärtig und auf mittlere Sicht sind ausschließlich PE, PP und PET in der Praxis prinzipiell recycelbar. Dieser Vorteil dürfte ihre Marktposition positiv beeinflussen. Die Forderung nach der Kombination von recyclingfähig mit gleichzeitigem rezyklierten Anteil ist bei den westeuropäischen Märkten angekommen. Rezyklate sind momentan ein Topthema in der Kunststoffindustrie. Nicht übersehen werden sollte dabei, dass ein biobasierter Anteil in diesen Massenkunststoffen immer Vorteile bei den Ökobilanzen bringt. Er kann außerdem schlecht recycelbare Produkte ökologisch aufwerten.

Biologisch abbaubare Polymere kommen gegenwärtig primär in stark regulierten Märkten, vor allem als Serviceverpackungen, zum Einsatz. Ihr Erfolg hängt maßgeblich von zukünftigen politischen Entscheidungen ab. Ihre weitere Entwicklung ist deshalb nur schwer vorherzusehen. Wichtig für ihren Erfolg ist deshalb, weitere Anwendungsgebiete zu entdecken und zu erobern. Gute Ansätze dafür ergeben sich aus den polymerspezifischen Eigenschaften. Auch Sicherheit kann ein Argument sein, etwa bei sensiblen Anwendungen für Kinder, indem der Fokus auf entsprechender Additivierung und extrem geringer Toxizität liegt.

Bei biobasierten Polymeren sollte zudem die Rohstoffherkunft eindeutig geklärt sein. Festzuhalten ist dabei, woher die Biomasse stammt, ob sie nachhaltig erzeugt wurde und ob negative Effekte ausgeschlossen werden können, etwa die Gefährdung von Naturreservaten. Informationen darüber müssen alle Hersteller besitzen. Auch die auf fossilen Rohstoffen begründete klassische Kunststoffindustrie dürfte sich bald Fragen gegenübersehen, woher ihre Rohstoffe stammen.

Es macht schließlich einen erheblichen Unterschied für die Klimabilanz, ob die Quelle Erdgas, Öl oder Kohle ist. Auch aus welchem Land die Rohstoffe stammen und welche ökologischen und ethischen Ansprüchen dort vorherrschen, wird zukünftig eine deutlich größere Rolle spielen.

Die Zeiten, in denen Kunststoff einfach aufgrund des Preises vermarktet wurde, nähern sich dem Ende. Die Politik ist aufgrund des medialen Wirbels um Kunststoff aufgefordert, einen Wandel in Richtung Kreislaufwirtschaft, Klima und Umweltschutz herbeizuführen. Rohstoff ist nicht mehr nur Rohstoff. Jedes Polymer gewinnt sein spezielles Profil. Jenseits von Ökologie kann auch Handelspolitik den Erfolg von Biokunststoffen maßgeblich beeinflussen. Die Grenzen für Kunststoffabfälle sind in vielen Ländern Asiens bereits zu, und sie könnten sich auch schließen für andere als schmutzig empfundene Kunststoffe.

Biobasierte Kunststoffe werden seit Jahren kritisch durchleuchtet. Das hat ihre Marktentwicklung gehemmt, aber das Profil und Wissen geschärft. Die Kunststoffindustrie erwartet ein schwieriges Jahrzehnt – und biobasierte Kunststoffe sind ziemlich gut aufgestellt.

narocon InnovationConsulting Dr. Kaeb 

Ausgabe-2019-10

Gerade Hersteller von Lifestyle-Produkten wie Mode suchen nach biologischen Kunststoffalternativen, etwa biobasiertem EVA-Schaum, um ihre Produkte positiv vermarkten zu können

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Tabelle 1. Übersicht über eine Auswahl an relevanten biobasierten Kunststoffen und Herstellern

Bild 1. Die weltweite Produktion an Biokunststoffen betrug 2018 ungefähr 2,11 Mio. t: Etwas weniger als die Hälfte davon ist biologisch abbaubar

Quellen: European Bioplastics, nova-Institute

Bild 2. Waschmittelflaschen aus Bio-PE: Drop-In-Biokunststoffe lassen sich gut rezyklieren und mit Rezyklaten mischen

Bild 3. In Frankreich und Italien wächst der Markt für biologisch abbaubare Kunststoffe aufgrund einiger Gesetzesänderungen deutlich. Kompostierbare Obst- und Gemüsebeutel sind ein gutes Beispiel dafür

Bild 4. Fleischtrays aus PLA mit Mehrschichtfolie lassen sich sehr gut biobasiert und kompostierbar herstellen

Bild 5. Lego verwendet bereits Bio-PE für seine Steine. Die Marktaussichten für solche Drop-In-Kunststoffe sind vielversprechend

Biokunststoffe - Hauptartikel

Messe K-Kunststoffmesse

Auf dem 3. Praxisforum Kunststoffrezyklate steht die Qualitätssteigerung und Materialverbesserung bei Rezyklaten und deren Anwendungseinsatz im Fokus. Treffen Sie Experten zur kompletten Wertschöpfungskette und profitieren Sie vom Erfahrungsaustausch u.a. zu den Themen: Qualitätsverbesserung für Polyolefine und Technische Kunststoffe; Additive für Rezyklate; Herstellung von Qualitätsrezyklaten; Erfolgreiche Rezyklatanwendungen sowie Upcycling für zuverlässige Bauteile.