Polymerchemie : Leben mit Plastik
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Die ressourceneffizienteste Variante
Beim sogenannten werkstofflichen Recycling schließlich werden die Kunststoffarten sortenrein getrennt, wieder eingeschmolzen und neu verarbeitet. Hier betrug die Recyclingrate in Deutschland im Jahr 2013 laut Plastics Europe etwa 32 Prozent. Für Andreas Mäurer vom Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung (IVV) ist das viel zu wenig: „Es werden noch immer zu viele Kunststoffabfälle verbrannt. Es wäre wirtschaftlich und ökologisch sinnvoller, das werkstoffliche Recycling zu erhöhen - es ist die ressourceneffizienteste Variante.“ Deshalb arbeitet er zusammen mit seinem Team daran, eine Anlage zu entwickeln, die auch stark verschmutzte Abfälle und Kunststoffgemische sortenrein trennen kann, so dass sie wieder zu Produkten verarbeitet werden können, anstatt in der Verbrennungsanlage zu enden. Dazu nutzen Mäurer und seine Kollegen eine lösemittelbasierte Methode, bei der sowohl ungelöste Fremdstoffe als auch Nicht-Kunststoffe abgetrennt werden können. Das Verfahren hat sich bereits für konventionelle Kunststoffe wie beispielsweise Polypropylen (PP), Polyethylen (PE) oder das von Getränkeflaschen bekannte PET bewährt und soll kontinuierlich auch auf weitere Materialien ausgeweitet werden.
Die Bundesregierung möchte mit einer sogenannten Wertstofftonne die Sammelmenge der werkstofflich recycelbaren Materialien weiter erhöhen. Künftig sollen darin nicht nur Verpackungen mit dem grünen Punkt landen, sondern auch andere Kunststoff- und Metallabfälle sowie Verbundmaterialien. Badeenten oder Blumentöpfe kämen dort genauso hinein wie Besteck. Sie soll dann die bisherige gelbe Tonne ersetzen mit dem Ziel, rund fünf Kilogramm Wertstoffe pro Einwohner und Jahr zusätzlich recyceln zu können. Laut Bundesumweltministerium haben einige Kommunen diese Praxis schon umgesetzt, eine Überarbeitung des entsprechenden Wertstoffgesetzes ist für das kommende Jahr geplant.
Das menschliche Verhalten lässt sich schwer verändern
Aber auch wenn man hierzulande mit Recyclingsystemen und den Bestrebungen, auf nachwachsende Rohstoffe umzusatteln, auf guten Wegen ist, erscheint der Recyclingeifer in anderen Ländern Europas noch ausbaufähig. Laut PlasticsEurope landeten europaweit im Jahr 2012 noch mehr als ein Drittel aller Kunststoffabfälle auf Deponien, und nur etwa ein Viertel wurde werkstofflich verwertet. Schlusslichter sind Malta und Zypern, mit über 85 Prozent Deponierungsquote, aber auch Großbritannien. Dort wurden 2012 fast 70 Prozent der Kunststoffabfälle nicht recycelt.
Doch viel wichtiger als die Recyclingquoten oder die Entwicklung von Biokunststoffen oder gar ein kompletter Verzicht auf Kunststoffe ist für Gerrit Luinstra vom Institut für Technische und Makromolekulare Chemie der Universität Hamburg ein verantwortungsvoller Umgang mit der Ressource: „Leider ist es häufig einfacher, die Eigenschaften eines Materials zu ändern, als das Verhalten eines Menschen. Plastik ist eigentlich toll. Man sollte damit umgehen, als wäre es Gold.“
Kunststoffe müssen nicht aus Erdöl hergestellt werden.
Schachfiguren aus Hummerpanzern? Tupperdosen aus Zuckerrohr? Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen sind für Chemiker und Verfahrenstechniker kein Problem mehr. Da möchte manch einer gerne glauben, dass erdölbasierte Kunststoffe damit einmal vollständig ersetzt werden können.
Historisch waren die Biokunststoffe sogar vor den Petro-Plasten da. Eine der ältesten bekannten Rezepturen stammt aus dem 16. Jahrhundert. Kunsthorn, wie man es nannte, war ein durchscheinendes Material, das aus Käse hergestellt wurde, genauer gesagt aus dem daraus gewonnenen Casein. Für den großtechnischen Einsatz wurde es erst 350 Jahre später entdeckt: Galalith war ein Kunststoff auf Casein-Basis, aus dem Anfang des 20. Jahrhunderts Knöpfe und Gürtelschnallen, aber auch Schuhanzieher oder Spielsteine gefertigt wurden.
Aus dieser Zeit stammt auch das Zelluloid. Es wurde aus pflanzlicher Cellulose gewonnen und war der erste Thermoplast, das heißt, es kann durch Wiedererwärmung beliebig oft verformt werden. Heute werden fast nur noch Tischtennisbälle aus Zelluloid gefertigt. Cellulose aber lässt sich auch zu anderen Kunststoffen verarbeiten, etwa zu Zellophan, der Textilfaser Viskose oder zu Celluloseacetat, aus dem noch immer Brillengestelle hergestellt werden.
In den 1950er Jahren nahm dann die Vielfalt vollsynthetischer Kunststoffe rapide zu. Doch jetzt, nachdem Erdöl zu einem politisch heiklen Bodenschatz geworden ist und das Umweltbewusstsein steigt, besinnt man sich wieder auf nachwachsende Ausgangssubstanzen für die Plastikproduktion. Wie im Stromnetz Energie erneuerbaren wie fossilen Ursprungs fließt, sind auch im Recyclingkreislauf bereits kleine Mengen sogenannter biobasierter Kunststoffsorten zu finden. Laut den Statistiken des Instituts für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe (IfBB) der Hochschule Hannover wurden 2013 weltweit etwa 1,6 Millionen Tonnen Bioplastik produziert, gerade einmal ein Prozent der globalen Kunststoffproduktion. Allerdings soll sich der Anteil bis 2018 vervierfachen.
Nun ist Biokunststoff nicht gleich Biokunststoff. Der Begriff bezeichnet einerseits sogenanntes biobasiertes Material aus nachwachsenden Quellen und andererseits bioabbaubare oder gar kompostierbare Plastiksorten. Je nach den Anforderungen an das Produkt ist eine Bioabbaubarkeit mal mehr und mal weniger sinnvoll, da Langlebigkeit oft gerade erwünscht ist. Andererseits sind auch vollsynthetische Kunststoffe mitunter bioabbaubar, können sich also mit Hilfe von Mikroorganismen zersetzen. Synthetische Polyester etwa sind dafür bekannt, werden aber dennoch aus Erdöl gewonnen.
In Bezug auf ihre Ökobilanz und den sogenannten CO2-Fußabdruck sind insbesondere Bio-PE und Bio-PET aus Mais, Getreide, Zuckerrohr oder Kartoffeln vielversprechend. Ihre chemischen Strukturen sind identisch mit denen ihrer petrochemischen Vorbilder, nur der Rohstoff ist eben ein anderer. Sie sind deshalb auch ebenso wenig biologisch abbaubar wie diese. Derzeit machen sie den größten Anteil der Biokunststoffe aus, da Verarbeitungstechnik und Recyclingströme bereits existieren.
Doch ähnlich wie beim Thema Biosprit wird auch solchen Materialien zuweilen vorgeworfen, ihre Produktion besetze Agrarflächen, auf denen ansonsten Nahrungsmittel angebaut werden könnten. Laut dem Dachverband für Biokunststoffhersteller European Bioplastics benötigt Biomasse für Biokunststoffe gegenwärtig allerdings nur etwa 0,01 Prozent der weltweiten Agrarflächen. Hans-Josef Endres vom IfBB hat mit seinem Team einmal ausgerechnet, wie viel der globalen Ackerfläche maximal benötigt würde, um die gesamte derzeitig überwiegend erdölbasierte Weltkunststoffproduktion von jährlich rund 288 Millionen Tonnen biobasiert herzustellen. Endres kam dabei auf etwa fünf Prozent. „Wenn damit ein Beitrag zur Nachhaltigkeit geleistet werden kann - und Biokunststoffe sind eine Säule, um möglichst nachhaltig zu leben -, dann wäre schon viel getan“, sagt er.
Daneben lassen sich aus etlichen weiteren in der Tier- und Pflanzenwelt vorkommenden Polymeren verschiedenste Kunststoffe herstellen. Dazu gehören Lignin aus Holz, Chitin oder Chitosan aus den Panzern von Insekten und Krebstieren, Gelatine aus Schlachtabfällen sowie Pflanzenöle. „Die hohe Biokompatibilität von solchen Kunststoffen, zum Beispiel aus Chitosan, macht sie besonders für medizinische Anwendungen interessant, aber auch für Verpackungen und andere Bereiche“, sagt Sebastian Hein vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung in Bremen. Bisher wird Chitosan noch häufig aus dem Chitin der Krabben gewonnen. Sollte das Material die Marktreife erreichen und in größeren Mengen benötigt werden, ist es in Zukunft aber auch denkbar, Chitosan aus den Zellwänden von Pilzen zu gewinnen.
Beispiele für vielversprechende biobasierte und gleichzeitig bioabbaubare Kunststoffe sind die Polymilchsäure (PLA) und die Polyhydroxyalkanoate (PHA). Bei den PHA handelt es sich um natürlich vorkommende, wasserunlösliche Polyester, die von vielen Bakterien als Reserve für Kohlenstoff und Energie gebildet werden. Sie ähneln in ihren Materialeigenschaften petrochemischem Polypropylen (PP) und sind deswegen insbesondere für die Verpackungsindustrie interessant. PLA dagegen entsteht durch die Polymerisation von Milchsäure, die wiederum ein Produkt der Gärung von Zucker und Stärke durch Milchsäurebakterien ist. PLA-Kunststoffe haben den Vorteil, dass sie sich auf herkömmlichen Anlagen verarbeiten lassen, und den Nachteil, dass es hierzulande dafür noch keinen etablierten sortenreinen Recyclingstrom gibt.
„Alle Biokunststoffe legen in den nächsten Jahren zu“, sagt Kristy-Barbara Lange von European Bioplastics. „Schon jetzt gibt es für nahezu jeden herkömmlichen Kunststoff eine biobasierte und, wenn es sinnvoll ist, auch kompostierbare Alternative.“ Die Schachfiguren aus Hummerpanzern gibt es schon. Sogar für PVC oder Acrylglas sind biobasierte Alternativen in Sicht. Gut möglich, dass die Brillenträger der Zukunft durch ehemalige Pilze oder Maiskolben in die Welt schauen.
Katharina Menne
