Verlagsspezial
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Produktion & Recycling

Kunststoff aus Kuhmilch

Kunststoffkreislauf Teil 2

Zucker, Holz, Milchreste – aus Rohstoffen wie diesen lassen sich biologische Kunststoffe herstellen. Sie sollen möglichst schnell das konventionelle, aus Rohöl hergestellte Plastik ersetzen. Daran arbeiten Forscher wie Stephan Kabasci vom Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT. Im Interview erläutert der Bereichsleiter Produkte die wichtigsten Fragen rund um biobasierte Kunststoffe.

Warum gelten biobasierte Kunststoffe als Material der Zukunft?

STEPHAN KABASCI: Weil sie aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen. Das bedeutet, sie setzen im Abbauprozess oder bei der thermischen Nutzung nur so viel Kohlenstoffdioxid frei, wie die Rohstoffe im Wachstum aufnehmen. Herkömmliche Kunststoffe werden hingegen aus Rohöl erzeugt und setzen bei ihrer Herstellung und Verbrennung beachtliche Mengen von CO2 frei. Die Umstellung auf biobasierte Kunststoffe schont deshalb Ressourcen und leistet einen Beitrag zum Klimaschutz. Immerhin werden weltweit pro Jahr rund 370 Millionen Tonnen Kunststoff gefertigt. Etwa 99 Prozent davon sind heute noch fossilen Ursprungs.

Welche nachwachsenden Materialien sind die Ausgangstoffe für die Bio-Kunststoffe?

SK: Eine wichtige Grundlage sind Pflanzen, die reich an Cellulose oder Stärke sind. Oder es können Ölsaaten sein oder Holz. Zucker ist ebenfalls ein geeigneter Rohstoff. Er wird zum Beispiel zu Milchsäure fermentiert, aus der sich Polymilchsäure herstellen lässt. Oder es wird daraus wie bei der Biokraftstoffproduktion Ethanol erzeugt, das zu Ethylen weiterverarbeitet wird – einem Grundstoff zur Herstellung vieler Kunststoffarten. Aber auch Inhaltsstoffe von alten Speisefetten und -ölen dienen heutzutage als Rohstoff für die Kunststoffproduktion.

Welche Arten von biobasiertem Kunststoff gibt es?

SK: Bei der wichtigsten Gruppe ist die molekulare Struktur mit der von konventionellem Kunststoff auf Erdölbasis identisch. Sie werden Drop-In-Kunststoffe genannt, weil sie sich herkömmlichem Material beimischen lassen. Zu dieser Gruppe gehören biobasiertes Polyethylen, kurz PE, oder auch Polyethylenterephthalat, das unter dem Kürzel PET bekannt ist. Außerdem wird an biobasierten Kunststoffen gearbeitet, die auf neuartigen chemischen Strukturen aufbauen. Sie sind besonders interessant, denn sie bringen Eigenschaften mit, durch die sich weitere Einsatzbereiche erschließen lassen.

Stephan Kabasci, Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT
Immer mehr Markenhersteller dringen darauf, dass zum Beispiel ihre Verpackungen nachhaltig erzeugt werden.
Stephan Kabasci, Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

Können Sie ein Beispiel nennen, an dem Sie forschen?

SK: An unserem Institut arbeiten wir an biobasiertem Kunststoff aus Polymilchsäuren. Dabei verändern wir das Material so, dass neue Anwendungen möglich werden. Wir testen zum Beispiel Zusatzstoffe, die den Kunststoff schwer entflammbar machen. Das ist wichtig, um daraus Gehäuse für Elektronikbauteile zu fertigen. Wir wissen von zahlreichen Herstellern, dass sich ihre Kunden so ein Material wünschen. In einem anderen Projekt haben wir industriell kompostierbare Biokunststoffe mit Additiven versetzt. Das Material kann ähnlich wie Wellpappe zu Transportboxen gefaltet werden, die wasserfest sind und sich wirtschaftlich herstellen lassen.

In welchen am Markt erhältlichen Produkten werden neuartige biobasierte Kunststoffe schon verwendet?

SK: Eine brasilianische Firma erzeugt biobasiertes PE aus Zuckerrohr und stellt daraus rund 30 Varianten her. Ein deutsches Start-up erzeugt aus Eiweißen Textilfasern. Basis sind Milchreste, die Molkereien aus hygienischen Gründen nicht mehr verwenden dürfen. Ein anderes Material ist Polymilchsäure. Das sieht man gelegentlich im Lebensmittelhandel als Behälter für empfindliches Obst wie zum Beispiel Weintrauben.

Seit wann werden die Rohstoffe auf Biobasis industriell genutzt?

SK: Schon lange. Ein Beispiel ist Naturkautschuk, der aus dem Milchsaft eines Baumes gewonnen wird, der seinen Ursprung in Südamerika hat. Autoreifen bestehen noch heute bis zu einem Drittel aus Naturkautschuk. Ein weiterer natürlicher Rohstoff ist Cellulose, die sich aus Baumwolle gewinnen lässt. Zusammen mit Kampferöl als Weichmacher wurde chemisch veränderte Cellulose ab dem 19. Jahrhundert für die Herstellung von Billardkugeln verwendet und später als Trägermaterial für Filme. Heute noch bestehen hochwertige Hornbrillen aus Celluloseacetat. Interessant ist auch biologisch abbaubares Material. Hier kann man Mulch-Folien nennen, die in der Landwirtschaft den Unkrautwuchs verhindern und sich nach einiger Zeit rückstandsfrei auflösen.

Biobasierter Kunststoff lässt sich genauso gut recyceln wie herkömmliches Material.
Stephan Kabasci, Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT
Stephan Kabasci, Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

Abgesehen von abbaubaren Kunststoffen: Welche Auswirkungen hat das Biomaterial auf den Recyclingprozess?

SK: Biobasierter Kunststoff lässt sich genauso gut recyceln wie herkömmliches Material. Der Abfall muss gesammelt, sortiert und aufbereitet werden. Bei Materialien der gleichen molekularen Zusammensetzung ist das ohne weiteres möglich – zum Beispiel bei PET-Flaschen aus biobasiertem Kunststoff.

Was braucht es, um einen echten Wertstoffkreislauf mit biobasiertem Kunststoffen zu etablieren?

SK: Das entscheidende Problem sind die derzeit noch kleinen Mengen. Wenn biobasierte Kunststoffe chemisch mit anderen häufig verwendeten Kunststoffen nicht identisch sind, dann müssen die Recycling-Unternehmen sie extra sortieren. Doch das lohnt sich ab etwa fünf Prozent der Gesamtmenge. Heute liegt der Anteil biobasierten Materials aber noch bei etwa einem Prozent.

Wird sich das ändern?

SK: Ja, wenn die Menge der verwendeten biobasierten Kunststoffe weiter steigt. Natürlich muss es Abnehmer geben, die bereit sind, für das Rezyklat zu bezahlen. Wir sehen aber derzeit einen klaren Trend hin zu Recycling-Material. Zum einen wegen neuer gesetzlicher Vorgaben. Zum anderen dringen immer mehr Markenhersteller darauf, dass zum Beispiel ihre Verpackungen nachhaltig erzeugt werden.

Kommen wir auf den Klimaschutz zurück. Wie hoch ist das Potenzial des biobasierten Kunststoffs, um die CO2-Emissionen zu verringern?

SK: Die Angaben schwanken stark. Die Wissenschaft geht heute aber ohnehin davon aus, dass mehrere Punkte wichtig sind, um den CO2-Fußabdruck der Kunststoffindustrie zu senken: Zum einen brauchen wir mehr biobasiertes Material, das mit Hilfe erneuerbarer Energien hergestellt werden muss. Außerdem gilt es, das Recycling zu verstärken. Und schließlich sollten wir den Verbrauch von Kunststoff schlicht und ergreifend einschränken.

Vielen Dank für das Gespräch.

Zur Person

Stephan Kabasci studierte Chemieingenieurwesen an der Technischen Universität Dortmund, wo er auch promovierte. Seit 1992 ist er Mitarbeiter bei Fraunhofer UMSICHT in Oberhausen. Dort leitete er unter anderem acht Jahre lang die Abteilung „Zirkuläre und Biobasierte Kunststoffe“. Seit März 2021 ist er verantwortlich für die Projektentwicklung im Bereich „Produkte“. Er lehrt zusätzlich das Fach „Bioverfahrenstechnik und Bioraffinerie“ für Masterstudierende der Fachbereiche Maschinenbau sowie Bau- und Umweltwissenschaften an der Ruhr-Universität Bochum.

#2
Serie „Kunststoffkreislauf“

Die Vielseitigkeit von Kunststoffen als Werkstoff ist nahezu grenzenlos, ob in der Medizintechnik, im Leichtbau für Autos, für Wärmedämmung, Rohrleitungen, Bodenbeläge, Kosmetika oder als Verpackungen. Gleichzeitig ist Plastikmüll ein globales Problem. In der Serie „Kunststoffkreislauf“ schauen wir auf Unternehmen, die mit Kunststoff sinnvoll umgehen. Außerdem fragen wir in der Forschung nach, die Möglichkeiten für alternative, schneller abbaubare Kunststoffe untersucht.


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