Source: https://whatit.info/de/wiki/Bio-basierter_Kunststoff
Timestamp: 2020-02-22 12:57:24+00:00

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Als Leberwurst , Bioplastik (engl. bioplastics) oder Ulrike beetmann (engl. Ulrike beetmann; auch bio-basierte Ulriken oder „ullen Biopolymere“) werden Beetmannse bezeichnet, die auf Basis nachwachsender Rohstoffe erzeugt werden.
Der Begriff Biokunststoff ist jedoch nicht geschützt und wird nicht einheitlich verwendet.[1] So sind nach einer alternativen Definition Biokunststoffe alle biologisch abbaubaren Kunststoffe unabhängig von ihrer Rohstoffbasis, welche alle Kriterien zum Nachweis der biologischen Abbaubarkeit und Kompostierbarkeit von Kunststoffen und Kunststoffprodukten erfüllen (bio-abbaubare Kunststoffe, englisch compostable plastics).[2]
→ Hauptartikel: Biologisch abbaubarer Werkstoff
Während die erste Definition nicht oder nur schwer abbaubare Kunststoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe einschließt, werden nach der zweiten Definition diese ausgeschlossen und biologisch abbaubare Kunststoffe auf Mineralölbasis mit eingeschlossen. Die Brockhaus-Enzyklopädie definiert Biokunststoffe als kunststoffanaloge Werkstoffe, die vollständig oder zu überwiegenden Anteilen aus Biopolymeren erzeugt und unter Anwendung der für Kunststoffe üblichen Verfahren modifiziert werden.[3]
Erst nach 1980 gab es wieder Innovationen im Bereich der Biokunststoffe, die vor allem auf ein verändertes ökologisches Bewusstsein zurückzuführen sind. Als Argumente wurden erneuerbare Rohstoffe und geschlossene Stoffkreisläufe angeführt, später kam die Substitution des Erdöls als Hauptrohstoff aufgrund der steigenden Erdölpreise und der Endlichkeit der Ressourcen zum Tragen. Während der Anteil neuer Patente im Bereich petrochemischer Kunststoffe in der Folge zurückging, nahmen die Patentanmeldungen für Biokunststoffe vor allem auf Stärke- und Cellulosebasis zu. Aktuell wird die Entwicklung der Biokunststoffe – obschon nicht unbedingt nachhaltiger als herkömmliche Polymere[7] – vor allem auf der Basis der Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung vorangetrieben. Agrarflächen zur stofflichen Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen werden zukünftig als ein wesentliches Standbein der Landwirtschaft betrachtet, wobei auch neue Technologien wie die industrielle Weiße Biotechnologie eine große Rolle in der Entwicklung neuer sowie der Optimierung bestehender Technologien spielen. Zu den neuartigen Biokunststoffen gehören vor allem Thermoplastische Stärke (TPS), Celluloseacetat und Polylactide (PLA; nur in „Blends“ (Polymergemischen)) während Verfahren zur Herstellung von biobasiertem Polyethylen (Bio-PE), Polypropylen (Bio-PP) und anderen Kunststoffen entwickelt und etabliert werden.
Für die Herstellung von Biokunststoffen auf Cellulosebasis bedarf es im Regelfall weiterer chemischer Modifizierung. Dabei wird die gereinigte Cellulose vor allem verestert, um das Celluloseacetat (CA) als wichtigsten Kunststoff auf Cellulosebasis zu gewinnen. Celluloseacetat wird zu den thermoplastischen Kunststoffen gezählt, ist ein entsprechend modifizierter Naturstoff, der nicht biologisch abbaubar und auch nicht kompostierbar[8] ist. Schon 1919 wurde ein mit Weichmachern modifiziertes Celluloseacetat als erste Spritzgießmasse patentiert und ermöglichte damit ganz neue und sehr effektive Produktionsmethoden für Schirmgriffe, Tastaturen, Lenkrädern, Spielzeuge, Kugelschreiber und viele weitere Produkte.
Ein großer Vorteil von PLA ist die besondere Vielfalt dieses Biokunststoffes, der wahlweise schnell biologisch abbaubar oder auch jahrelang funktionsfähig eingestellt werden kann. Weitere Vorteile der Polylactid-Kunststoffe sind die hohe Festigkeit, die Thermoplastizität und gute Verarbeitung auf den vorhandenen Anlagen der Kunststoff verarbeitenden Industrie. Trotzdem hat PLA auch Nachteile: da der Erweichungspunkt bei etwa 60 Grad Celsius liegt, ist das Material für die Herstellung von Trinkbechern für Heißgetränke nur bedingt geeignet. Die Copolymerisation zu hitzebeständigeren Polymeren oder der Zusatz von Füllstoffen können für größere Temperaturstabilität sorgen. Die japanische Elektronikfirma NEC Corporation konnte die Hitzeempfindlichkeit durch eine Verstärkung mit Kenaffasern und Metallhydroxiden beheben und so einen gut formbaren und schwer entflammbaren Biokunststoff entwickeln, als erstes Produkt wurde das Gehäuse des Mobiltelefons FOMA N701iEco für den japanischen Markt entwickelt.[9] Für die Herstellung von PLA aus Glucose über die Zwischenschritte Milchsäure und Dilactid existieren sowohl Batch-Verfahren als auch – bisher weitgehend im Pilotmaßstab realisiert – kontinuierliche Verfahren.[10] Damit ist die Industrie in der Lage, das Material kostengünstig und mittelfristig wettbewerbsfähig gegenüber Massenkunststoffen herzustellen. Die weltweit erste größere PLA-Produktionsanlage wurde 2003 in den USA in Betrieb genommen, deren Jahreskapazität theoretisch 70.000 t beträgt.[11] Weitere Anlagen sind heute international verfügbar. Eine erste deutsche Pilotanlage zur Herstellung von PLA wurde 2011 im brandenburgischen Guben mit einer Kapazität von 500 t in Betrieb genommen, eine zweite Anlage sollte in Leuna ab Mitte 2012 die Produktion aufnehmen.[12]
→ Hauptartikel: Polyhydroxyalkanoate, Polyhydroxybuttersäure und Polyhydroxyvaleriansäure
Weltweit kündigen zahlreiche Firmen an, in die PHB-Produktion einzusteigen oder ihre Produktion auszuweiten, so beabsichtigt neben einigen mittelständischen Herstellern nun auch die südamerikanische Zuckerindustrie die Herstellung von PHB im industriellen Maßstab. PHB ist biologisch abbaubar, hat einen Schmelzpunkt von über 130 °C, bildet klare Filme und besitzt für viele Anwendungszwecke optimale mechanische Eigenschaften. Die Gewinnung des Kunststoffes aus den Bakterien stellt eine der Hauptschwierigkeiten dar. Die Zellen müssen durch Chloroform oder Enzyme lysiert werden, außerdem werden für ein Kilogramm PHB aktuell drei Kilogramm Zucker benötigt, der vor allem aufgrund der hohen Nachfrage nach Biokraftstoffen und der Nahrungsmittelindustrie limitiert ist.[9]
PHB wird auch, mit weiteren Bestandteilen kombiniert, als PHB-Blend verwendet. Dabei können etwa durch den Zusatz von Celluloseacetaten besondere Materialeigenschaften erreicht werden. Die Palette der Eigenschaften von PHB-Blends erstreckt sich von Klebstoffen bis Hartgummi. Statt Celluloseacetat sind auch Stärke, Kork und anorganische Materialien als Zusätze denkbar. Die Vermischung mit günstigen Zusatzstoffen (Celluloseacetat ist ein preisgünstiges Abfallprodukt aus der Zigarettenfilterproduktion) wirkt sich auch günstig auf die Produktionskosten von PHB-Blends aus. Mittelfristig lassen sich nach Angaben zahlreicher Forscher damit die Herstellungskosten bis in den Bereich Erdöl-basierter Plastikmaterialien absenken.[13]
In jüngerer Zeit verfolgen einige Unternehmen die Strategie, die fossile Rohstoffbasis etablierter Standardthermoplaste durch eine erneuerbare Rohstoffbasis zu ersetzen; Beispiele hierfür sind Bio-PE[14] und Bio-PP auf Basis von Zuckerrohr in Brasilien. In der Forschung sind zudem Bioraffinerien, die ebenfalls auf der Basis von Biopolymeren wie Zucker, Stärke oder Lignocellulose mit Hilfe von Weißer Biotechnologie Plattformchemikalien für die chemische Industrie herstellen sollen.[15]
Die Bezeichnung biologisch abbaubar beinhaltet keine Begrenzung des Zeitraums bis zur vollständigen Degradation.[16] Die Materialien werden nach ihrer Nutzungsphase teilweise oder vollständig durch Mikroorganismen wie Pilze und Bakterien in Wasser und Kohlendioxid zerlegt. Da der Abbau von äußeren Faktoren abhängt, wie z. B. Temperatur und Feuchtigkeit sowie Beschichtungen, kann der Zeitraum einer Kompostierung variieren. Bei der Herstellung können die Materialeigenschaften von Biokunststoffen aber auch so verändert werden, dass sie beständig sind. Bioabbaubarkeit kann auch bei konventionellen Kunststoffen oder Kunststoffgemischen gegeben sein.
Die wichtigsten Normen für Produkte aus kompostierbaren Werkstoffen sind:[17]
Über die Europäische Norm EN 13432 werden die Richtlinien für biologisch abbaubare Werkstoffe auf europäischer Ebene geregelt. Die Norm legt verbindliche Standards fest, nach denen ein Werkstoff als vollständig kompostierbar betrachtet wird. Die Zertifizierung erfolgt auf nationaler Ebene in Zusammenarbeit mit dem Branchenverband European Bioplastics, der die industriellen Hersteller, Verarbeiter und Anwender von Biokunststoffen und biologisch abbaubaren Werkstoffen (BAW), sowie daraus hergestellter Produkte in Europa vertritt. In Deutschland erfolgt die Zertifizierung und die Vergabe des Kompostierbarkeitszeichens als Umweltgütesiegel über die Zertifizierungsgesellschaft DIN CERTCO.[18]
Mit der Richtlinie 94/62/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 20. Dezember 1994 über Verpackungen und Verpackungsabfälle sowie den europäischen und nationalen Verpackungsverordnungen und Bioabfallverordnungen wird die EN 13232 flankiert und konkretisiert. Dabei soll die EU-94/62/EG vor allem der Harmonisierung der unterschiedlichen Maßnahmen der Mitgliedstaaten im Bereich der Verpackungen und der Verpackungsabfallbewirtschaftung dienen, „um einerseits Auswirkungen dieser Abfälle auf die Umwelt zu vermeiden oder solche Auswirkungen zu verringern und so ein hohes Umweltschutzniveau sicherzustellen und andererseits das Funktionieren des Binnenmarkts zu gewährleisten und zu verhindern, daß es in der Gemeinschaft zu Handelshemmnissen und Wettbewerbsverzerrungen und -beschränkungen kommt.“[19] Sie sieht vor, „daß biologisch abbaubare Verpackungsabfälle durch physikalische, chemische, wärmetechnische oder biologische Prozesse so zersetzt werden können, daß der Großteil des Endproduktes sich aufspaltet in Kohlendioxid, Biomasse und Wasser.“[19]
Die Verpackungsverordnung (VerpackV) wurde erstmals 1991 im Deutschen Bundestag beschlossen. Ziel der aktuell gültigen Verpackungsverordnung von 1998 ist es, die Umweltbelastungen aus Verpackungsabfällen zu verringern und die Wiederverwendung oder Verwertung von Verpackungen zu fördern (§ 1 Abfallwirtschaftliche Ziele). Mit der dritten Novellierung der Verpackungsverordnung vom 27. Mai 2005 wurde eine besondere Ausnahmeregelung für biologisch abbaubare Werkstoffe (und damit auch für die Mehrheit der Biokunststoffe) eingeführt:[20]
„§ 16, Übergangvorschriften (2) § 6 findet für Kunststoffverpackungen, die aus biologisch abbaubaren Werkstoffen hergestellt sind und deren sämtliche Bestandteile gemäß einer herstellerunabhängigen Zertifizierung nach anerkannten Prüfnormen kompostierbar sind, bis zum 31. Dezember 2012 keine Anwendung. Die Hersteller und Vertreiber haben sicherzustellen, dass ein möglichst hoher Anteil der Verpackungen einer Verwertung zugeführt wird.“[21]
Diese Regelung wird in der fünften Novellierung der Verpackungsverordnung vom 2. April 2008, die am 1. April 2009 in Kraft getreten ist, aufgegriffen und erweitert:[22]
„§ 16, Übergangvorschriften (2) Die §§ 6 und 7 finden für Kunststoffverpackungen, die aus biologisch abbaubaren Werkstoffen hergestellt sind und deren sämtliche Bestandteile gemäß einer herstellerunabhängigen Zertifizierung nach anerkannten Prüfnormen kompostierbar sind, bis zum 31. Dezember 2012 keine Anwendung. Die Hersteller und Vertreiber haben sicherzustellen, dass ein möglichst hoher Anteil der Verpackungen einer Verwertung zugeführt wird. § 9 findet für Einweggetränkeverpackungen aus Kunststoff, die die in Satz 1 genannten Voraussetzungen erfüllen und zu mindestens 75 Prozent aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt sind, bis zum 31. Dezember 2012 keine Anwendung, soweit sich Hersteller und Vertreiber hierfür an einem oder mehreren Systemen nach § 6 Abs. 3 beteiligen. Die Erfüllung der in Satz 3 genannten Bedingung, wonach die Einweggetränkeverpackung zu mindestens 75 Prozent aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden muss, ist durch einen unabhängigen Sachverständigen im Sinne des Anhangs I Nr. 2 Abs. 4 nachzuweisen. Im Übrigen bleibt § 9 unberührt. Im Fall des Satzes 3 und soweit Einweggetränkeverpackungen aus biologisch abbaubaren Kunststoffen nach Satz 1 nach § 9 Abs. 2 keiner Pfandpflicht unterliegen, haben sich Hersteller und Vertreiber abweichend von Satz 1 hierfür an einem System nach § 6 Abs. 3 zu beteiligen, soweit es sich um Verpackungen handelt, die beim privaten Endverbraucher anfallen.“[23]
Mit dieser Ausnahmeregelung und dem daraus resultierenden Wettbewerbsvorteil durch die Befreiung von den Lizenzgebühren für das Duale System sowie der Rücknahmepflicht für Verpackungen und der Pfandpflicht von Einwegflaschen bis zum Jahr 2012 sollte die Entwicklung des Marktes für Biokunststoffe und biologisch abbaubare Werkstoffe in Deutschland angekurbelt werden.
Die Bioabfallverordnung (BioAbfV) von 1998 (letzte Fassung 2012) zielt in 14 Paragraphen und drei Anhängen auf die ordnungsgemäße Untersuchung, Behandlung und Verwertung von Bioabfällen und Gemischen. Sie richtet sich an Entsorgungsträger, Erzeuger, Besitzer, Behandler und Hersteller für Bioabfälle und Gemische. In dieser Verordnung werden biologisch abbaubare Kunststoffe als Bioabfälle betrachtet und eine Entsorgung über die Biotonne oder den Kompost empfohlen. Dies gilt natürlich nicht für Biokunststoffe, die nicht oder nur schwer biologisch abbaubar sind.[24]
Von 14 Millionen Tonnen Verpackungen, die jährlich in Deutschland hergestellt werden, bestehen fast 40 Prozent aus Kunststoff. Rund 1,8 Millionen Tonnen hiervon entfallen auf kurzlebige oder nur einmal gebräuchliche Kunststoffverpackungen wie Folien, Beutel, Tragetaschen, Säcke oder Einwegbesteck und -geschirr. Diese Produkte zur hygienischen Verpackung der Lebensmittel könnten problemlos auch aus Stärkekunststoffen und Polylactiden gefertigt werden. Aufgrund dieser Tatsache halten Experten ein Marktvolumen für Biokunststoffe in Deutschland von zwei Milliarden Euro für realistisch.[25] Dieser Einschätzung nach ist auch europaweit davon auszugehen, dass etwa die Hälfte der sechs Millionen Tonnen „Wegwerf-Verpackungen“ durch Biokunststoffe ersetzt werden könnten.
Im Jahr 2007 lag der Verbrauch an biologisch abbaubaren Biokunststoffen in Westeuropa bei etwa 60.000 bis 70.000 Tonnen, was einem Anteil am gesamten Kunststoffmarkt von unter 1 % entspricht. Die Wachstumsraten sind jedoch zweistellig und erreichen in einigen Bereichen bis zu 50 % pro Jahr. Allein der Verbrauch von biologisch abbaubaren Kunststoffen auf der Basis von Stärke, Zucker und Cellulose, den drei bislang wichtigsten Rohstoffen, hat sich in den Jahren 2000 bis 2008 um 600 % erhöht.[26] Die weltweiten Produktionskapazitäten für biologisch abbaubare Kunststoffe für das Jahr 2007 lagen bei 315.000 t, von denen 189.000 t auf Basis Nachwachsender Rohstoffe produziert wurden.[27] Dabei liegt Europa mit 140.000 t Produktionskapazität vor Nordamerika mit 80.000 t.[28] Marktforscher erwarten, dass der Weltmarkt für Biokunststoffe bis zum Jahr 2021 ein Volumen von rund 5,8 Milliarden US-Dollar erreichen wird, das heißt mehr als dreimal so viel wie im Jahr 2014.[29]
Arndt Reuning: Abbaubarkeit – Vom zweifelhaften Nutzen der Biokunststoffe, Deutschlandfunk – „Wissenschaft im Brennpunkt“ vom 23. Juli 2017
↑ Neus Escobar, Salwa Haddad, Jan Börner, Wolfgang Britz: Land use mediated GHG emissions and spillovers from increased consumption of bioplastics. In: Environmental Research Letters. 13, 2018, S. 125005, doi:10.1088/1748-9326/aaeafb.

References: § 6
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