Neue ökologisch verträgliche Biokunststoffe

17. Jänner 2012, 17:23
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Das Plastiksackerl ist in Verruf geraten - Doch auch die Bioplastikvariante ist nicht unumstritten

Forscher versuchen alternative Rohstoffe zu erschließen - auch mit unkonventionellen Mitteln.

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Papier oder Kunststoff? Eine Stofftasche oder doch eine aus Bioplastik? Die Sackerlfrage stellt sich für verantwortungsvolle Konsumenten an immer mehr Supermarktkassen. Damit nicht genug: Kompostierbare Folien umhüllen mittlerweile Obst und Gemüse, Joghurtbecher aus Biokunststoff und neuerdings sogar biologisch abbaubare Kaffeekapseln halten Einzug in die Regale. Doch darüber, wie gut der "natürliche Kunststoff" der Umwelt nun wirklich tut, scheiden sich die Geister.

Biosackerln, die auf nachwachsenden Rohstoffen wie Mais- oder Kartoffelstärke basieren, sind zwar vollständig kompostierbar und halten insbesondere Obst, Gemüse und Brot frischer als herkömmliches Plastik, enthalten aber meist auch Anteile von aus Erdöl gewonnenen Materialien. Dazu kommt - ähnlich wie beim Biosprit -, dass die Produktion vielfach in Konkurrenz mit der Lebensmittelproduktion tritt.

Dementsprechend fallen auch verschiedene Studien zu den Ökobilanzen von Biokunststoff eher ernüchternd aus. Denn je nach Rohstoff verschlingt die Herstellung oft ebenso viel Energie wie herkömmlicher Kunststoff. Und auch Biopolymere überdüngen die Gewässer, da sie im Meer nicht vermodern, und zerstören die Ozonschicht.

Schließlich gibt es noch ein paar praktische Probleme auf dem Weg zu einem nachhaltigen Lebenszyklus von Biokunststoffen: Sie verrotten erst nach mindestens drei bis vier Monaten, weshalb auch biologisch abbaubare Sackerln und Flaschen von den großen Kompostwerken erst recht wieder aussortiert werden und in der Müllverbrennung landen. Die Entsorgung am eigenen Komposthaufen ist aufgrund der noch längeren Abbaudauer ebenfalls nicht zu empfehlen.

"Dass Biokunststoffe das Müllproblem in Südeuropa und den Weltmeeren lösen können, ist ein Trugschluss", sagt Norbert Mundigler, Vorstand des Instituts für Naturstofftechnik am Interuniversitären Department für Agrarbiotechnologie (IFA-Tulln), wo an der Weiterentwicklung von Biokunststoffen gearbeitet wird. "Wir bekommen viele Forschungsaufträge, wo es in erster Linie um Marketinggründe geht."

Schlachtabfälle als Rohstoff

Man müsse unterscheiden zwischen abbaubaren Kunststoffen, die sehr wohl bei der Verpackung von kurzlebigen Lebensmitteln sinnvoll seien, und widerstandsfähigen, aber nicht abbaubaren Biokunststoffen wie Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) auf Basis von Ethanol, das etwa aus Zuckerrohr oder Cellulose gewonnen wird. "Was die Abbauprozesse von Cellulose betrifft, treten wir seit zehn Jahren auf der Stelle", verweist Mundigler auf eines der ungelösten Probleme.

Welche Rohstoffe in Zukunft eine geeignete und kostengünstige Alternative zu Zucker und Stärke darstellen könnten, ohne auf Nahrungsmittel zurückgreifen zu müssen, beschäftigt Forscher der Technischen Universität Graz. Sie sind dabei auf den Müllhalden der Industrie fündig geworden. "Anstatt pflanzlicher Biomasse brauchen wir Molke oder Schlachtabfälle und spezielle Mikroorganismen, die den Kunststoff in ihren Zellen herstellen", sagt Martin Koller vom Institut für Biotechnologie und Bioprozesstechnik der TU Graz. "Allein in Oberitalien fällt täglich eine Million Liter Molke an, die zum Großteil weggeschüttet wird."

Die Grazer Forscher füttern mit dem Milchzucker aus der Molke natürlich vorkommende Stämme von Mikroorganismen. In der Wachstumsphase werden sie zusätzlich mit Phosphat und Stickstoff gemästet. Werden diese Zusätze abgesetzt, beginnen die Bakterien, die Laktose in ein Polyester-Granulat umzuwandeln und als Kohlenstoffreserve in ihren Zellen zu speichern. Sind sie fast zur Gänze mit dem Biokunststoff gefüllt, werden sie abgetötet und das Granulat wird extrahiert - mit ökologisch freundlichen Lösungsmitteln, wie Koller betont.

Im von der TU Graz geleiteten EU-Projekt "Animpol", an dem neben zehn weiteren Partnern auch die Uni Graz beteiligt ist, dienen tierische Fette aus Schlachtabfällen als Grundlage für die Herstellung der Polyhydroxyalkanoat-(PHA)-Biokunststoffe. "Mithilfe von weiteren Substraten können wir die Polymereigenschaften genau steuern, also ob das Material eher rigid oder elastisch sein soll", sagt Koller. Da der Werkstoff nicht nur biologisch abbaubar, sondern auch biokompatibel sei, eigne er sich nicht nur für Verpackungen und Einweggeschirr, sondern auch für medizinische Implantate und Nähte. Jetzt fehle nur noch eine Pilotanlage, um das Verfahren im industriellen Maßstab zu testen, sagt Koller.

Bereits am Sprung in die wirtschaftliche Verwertung ist ein wasserfestes, bedruckbares Papier aus Biopolymeren. "Es gibt bei Verpackungen Unmengen an Papier- und Kunststoffkombinationen, zum Beispiel Getränkekartons oder Wurstpapier, die sehr schwer recycelbar sind", schildert Stephan Laske vom Department Kunststofftechnik der Montanuniversität Leoben. Und fügt hinzu: "Wiederverwertung sollte auch bei Biokunststoffen immer die oberste Prämisse sein."

Synthetisches Papier

Um beschichtetes Papier zu ersetzen und Papieretiketten auf Kunststoffverpackungen überflüssig zu machen, haben die Forscher ein mehrschichtiges synthetisches Papier entwickelt, dessen Ausgangsstoff Polymilchsäure (PLA) ist, die wiederum aus Stärke gewonnen wird. Es ist biologisch vollständig abbaubar, soll aber dennoch mit dem Kunststoff entsorgt und recycelt werden. "Wir haben festgestellt, dass die Ökobilanz besser ist als bei der Papiererzeugung", sagt Laske, der dabei ist, ein Spin-Off zur industriellen Herstellung des Plastik-papieres zu gründen.

Wie ergiebig das Forschungsfeld ist, zeigt auch der kürzlich abgeschlossene Biokunststoffe Call der Länder Niederösterreich und Kärnten. Viele Projekte beschäftigen sich mit der Verarbeitung von biogenen Kunststoffen oder auch mit unkonventionellen Rohstoffen wie etwa Hanf, berichtet Kerstin Koren von der niederösterreichischen Landesregierung. Die Gewinner werden im März bekannt gegeben. Zudem wird weiter daran geforscht, bisher ungenutzte Biomasse für die Kunststofferzeugung zu erschließen. So stellt das Verpackungszentrum Graz, unterstützt vom Programm "Fabrik der Zukunft" des Verkehrsministeriums, Schaumstoff auf Basis von Algen her.

Das gemeine Plastiksackerl steht jedenfalls vor einer Zerreißprobe: Die EU erwägt, es Italien gleichzutun und es zu verbieten. Eine EU-Umfrage aus dem Vorjahr war eindeutig: 70 Prozent der Befragten waren für ein Verbot. (DER STANDARD, Printausgabe, 18.01.2012)

=> Wissen: Nachwachsen und kompostieren


Wissen: Nachwachsen und kompostieren

Der Begriff Biokunststoff umfasst sowohl Polymere, die auf Basis nachwachsender Rohstoffe hergestellt werden, als auch biologisch abbaubare Kunststoffe, die auch eine fossile Herkunft haben können. Die Abbaubarkeit hängt nicht vom Rohstoff, sondern von der chemischen Struktur ab. Optimalerweise ist Biokunststoff biobasiert und abbaubar, wie etwa Stärkekunststoffe, Polyhydroxyalkanoate (PHA) und Polymilchsäure (PLA). Laut EU-Norm muss ein biologisch abbaubarer Stoff innerhalb von sechs Monaten zu 90 Prozent zu Wasser, Kohlendioxid und Biomasse umgewandelt sein.

Noch liegt der Anteil von Biokunststoffen am Kunststoffmarkt bei unter einem Prozent, allerdings liegen laut dem Branchenvertreter European Bioplastics die jährlichen Wachstumsraten in Europa bei 20 Prozent. Bis 2015 wird mit einer Jahresproduktion von 1,7 Millionen Tonnen weltweit gerechnet.

Auch wenn kompostierbare Biokunststoffe für kurzle- bige Verpackungen nach wie vor den Markt dominieren, ist ein deutlicher Anstieg bei beständigen Biokunststoffen zu verzeichnen, die sich auch für technische Anwendungen eignen. (kri)

  • Plastikplanet: Kunststoff hat bereits große Teile der Erde zugemüllt. Aber auch 
Bioplastik ist nur unter bestimmten Bedingungen abbaubar.
    foto: verpackungszentrum graz

    Plastikplanet: Kunststoff hat bereits große Teile der Erde zugemüllt. Aber auch Bioplastik ist nur unter bestimmten Bedingungen abbaubar.

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