Nachhaltige Fertigung: Was Biokunststoffe für Ihr Unternehmen bedeuten
Biokunststoffe stellen bisher einen geringen Anteil an der Gesamtproduktion von Kunststoffen dar, aber ihre dynamische Zunahme im Jahresvergleich spiegelt ein hohes Interesse bei Verbrauchern und Unternehmen gleichermaßen wider.
Kunststoff ist eines der am häufigsten verwendeten Materialien der Welt und man findet ihn in allem Möglichen, von Verpackungen und Textilien bis hin zu Flugzeugen und Gebäuden. Kunststoff ist das ideale Material für so viele Anwendungen, dass die Welt jedes Jahr mehr als 380 Millionen metrische Tonnen davon produziert.
Ein erhöhtes Umweltbewusstsein, wachsende Besorgnis über Plastikabfälle und strenge neue staatliche Rechtsvorschriften führen jedoch dazu, dass man nach nachhaltigeren Alternativen sucht. Hier treten Biokunststoffe auf den Plan.
„Für fast jedes konventionelle Kunststoffmaterial und jede Anwendung gibt es eine Alternative in Form von Biokunststoffen auf dem Markt, die dieselben Eigenschaften hat und möglicherweise zusätzliche Vorteile bietet.“
European Bioplastics ist ein Handelsorgan, das die Biokunststoffindustrie in Europa vertritt.
Weltweit machen Biokunststoffe derzeit nur 1 % bis 3 % aller produzierten Kunststoffe aus. Man erwartet, dass der Markt zwischen 2021 und 2026 jährlich um mehr als 20 % wachsen wird. Dieses anhaltende zweistellige Wachstum könnte dazu führen, dass bis 2030 Biokunststoffe 40 % des gesamten Kunststoffmarktes ausmachen werden.
Diese Zahlen spiegeln das Medieninteresse wider, das derzeit um Biokunststoffe herum herrscht. Wer versucht, mehr darüber zu erfahren, trifft schnell auf eine enorme Menge an Informationen – derzeit erhält man 3,3 Millionen Suchergebnisse und es werden immer mehr.
Die Australasian Bioplastics Association sieht eine positive Zukunft für Biokunststoffe: „In den letzten Jahren hat sich das Gesicht der Kunststoffindustrie verändert. Es sind bereits zahlreiche biobasierte Kunststoffmaterialien entwickelt worden, und sie stellen heute eine bewährte Alternative zu ihren konventionellen Gegenstücken dar. Die meisten auf fossilen Brennstoffen basierenden Kunststoffe könnten technisch gesehen durch biobasierte Kunststoffe ersetzt werden. Da sich die Biokunststofftechnologien und die Produktionskosten ändern, wird dies zunehmend zur Realität werden.“
Dieser Leitfaden wird den Presserummel außen vor lassen und Ihnen auf sachliche Weise helfen, Folgendes besser zu verstehen:
Was sind Biokunststoffe?
Der Begriff „Biokunststoffe“ umfasst eine breite Materialfamilie, die aus verschiedenen Rohstoffen hergestellt wird und unverwechselbare Eigenschaften, Verwendungszwecke und Vorteile bietet. Im Großen und Ganzen fallen Biokunststoffe in drei Kategorien:
- Biologisch abbaubar und vollständig/teilweise aus biobasiertem Material hergestellt
- Nicht biologisch abbaubar und vollständig/teilweise aus biobasiertem Material hergestellt
- Biologisch abbaubar und aus petrochemischen Materialien hergestellt
Dass manche dieser Begriffe (irrtümlicherweise) als gleichbedeutend verwendet werden, führt zu noch mehr Verwirrung. Beginnen wir also am Anfang, um es Ihnen leichter zu machen:
Biobasiertes Material wird aus biologischen Stoffen, d. h. lebenden (oder zuvor lebenden) Organismen, gewonnen. Dies kann sich auf Materialien wie Holz, Leder und Wolle beziehen. Es wird jedoch häufiger zur Beschreibung von verarbeitetem Material wie Holzwerkstoffen (Sperrholz oder MDF) oder biobasiertem Kunststoff verwendet.
Biobasierte Kunststoffe (oder Biokunststoffe) werden ganz oder teilweise aus natürlichen, erneuerbaren Rohstoffen und nicht aus Öl hergestellt. Die wachsende Liste der nachwachsenden Rohstoffe umfasst pflanzliche Fette und Öle, Zuckerrohr, Holzspäne, landwirtschaftliche Nebenprodukte wie Maisstärke und Mikroorganismen. Da sie natürliches oder biologisches Material enthalten, gehen viele davon aus, dass alle Biokunststoffe biologisch abbaubar sind. Das ist jedoch nicht der Fall.
Biologisch abbaubare Kunststoffe können durch Mikroben vollständig in immer kleiner werdende Stücke und schließlich in natürliche Elemente zerlegt werden. Je nach Umgebung umfassen diese Elemente Biomasse (Kompost), Kohlendioxid, Wasser und Methan.
Nicht alle Biokunststoffe sind biologisch abbaubar.
Es ist wichtig zu beachten, dass alle biologisch abbaubaren Kunststoffe zwar Biokunststoffe sind, aber nicht alle Biokunststoffe biologisch abbaubar sind. Einige bestehen aus einer Mischung von biologischem und ölbasiertem Material.
Der Abbauprozess hängt von spezifischen Umweltfaktoren ab, darunter:
- Temperatur
- Feuchtigkeit
- Druck
- Sauerstoff
- Vorhandensein bestimmter Mikroorganismen
Wie lange es dauert, kann von Wochen bis zu Jahren reichen. Dies unterscheidet biologisch abbaubare Kunststoffe von kompostierbaren Kunststoffen. Bei den Letzteren dauert es in der Regel zwischen 90 und 180 Tagen, bis sie vollständig zersetzt sind.
Kompostierbare Kunststoffe werden nur unter sorgfältig kontrollierten Bedingungen unter Verwendung von industriellen Kompostieranlagen oder durch Hauskompostierung abgebaut. Materialien, die für einen sicheren Abbau in industriellen Kompostieranlagen ausgelegt sind, werden möglicherweise nicht durch Hauskompostierung abgebaut werden und umgekehrt.
Ein relativ neuer Fortschritt ist die Entwicklung von durch Oxosynthese abbaubaren Kunststoffen. Dabei handelt es sich um Kunststoffe aus konventionellen Rohstoffen (Erdöl, Erdgas oder Kohle), die mit Zusatzstoffen behandelt werden, welche den Abbau des Kunststoffs herbeiführen. Sie werden häufig im gleichen Zug mit biologisch abbaubaren und kompostierbaren Kunststoffen diskutiert.
Aber durch Oxosynthese abbaubare Kunststoffe werden nicht auf Molekular- oder Polymerebene abgebaut wie die beiden anderen. Stattdessen zerfallen sie in „Mikrokunststoffe“ (mit weniger als 5 mm oder 0,2 Zoll Länge). Laut dem Weltwirtschaftsforum können diese bis zu 450 Jahre lang in der Umwelt verbleiben und ihr Schaden zufügen.
Wenn Sie diese Begriffe kennen und die Unterschiede zwischen ihnen verstehen, können Sie und Ihre Kunden fundiertere Kaufentscheidungen treffen.
Sie kennen sich bei Begriffen wie Kreislaufwirtschaft und CO2-Fußabdruck nicht so gut aus? Sie kennen den Unterschied zwischen industrieller Kompostierung und Hauskompostierung nicht? Schauen Sie sich unser praktisches Glossar für nachhaltige Fertigung an.
Wie werden Biokunststoffe hergestellt?
Das Rezept für die Herstellung von Kunststoff, sei es Bio- oder anderer Kunststoff, folgt weitgehend einem ähnlichen vierstufigen Verfahren:
- Man extrahiert Rohmaterial entweder aus nachwachsenden Ausgangsstoffen wie Pflanzenstärke und Zuckerrohr oder aus nicht erneuerbaren Rohstoffen wie Rohöl. Diese Materialien sind eine komplexe Mischung aus vielen verschiedenen Verbindungen. Daher werden sie normalerweise nicht in ihrem Roh- und unverarbeiteten Zustand verwendet.
- Man verarbeitet diese Materialien und wandelt sie in „Monomere“ um. Im Fall von Rohöl gehören dazu flüssige Brennstoffe, Schmierstoffe, Petrochemikalien und Rohbenzin (ein entscheidender Bestandteil bei der Herstellung von Kunststoffen).
- Polymerisation nutzt Hitze und Druck, um die Ketten dieser Monomere chemisch miteinander zu verbinden und synthetische „Polymere“ zu erzeugen. Es werden verschiedene Katalysatoren hinzugefügt, um Polymere mit unterschiedlichen Eigenschaften und für unterschiedliche Anwendungen zu erzeugen.
- Der letzte Schritt ist die mechanische Extrudierung dieses geschmolzenen Gemisches, in der Regel in einem langen Rohr. Das Gemisch wird in Granulat zerlegt und kann in Kunststoffobjekte jeder vorstellbaren Größe, Form, Farbe und Gestalt umgewandelt werden.
Der Hauptunterschied zwischen konventionellen Kunststoffen und Biokunststoffen ist, was daraus hergestellt wird und nicht wie es hergestellt wird.
Polyethylen (PE) ist beispielsweise der weltweit am häufigsten verwendete Kunststoff. Dieses leichte, langlebige Thermoplastik wird eingesetzt, um alles Mögliche zu produzieren, von Folien und Flaschen für Lebensmittelverpackungen bis hin zu Supermarktplastiktaschen und kugelsicheren Westen.
Konventionelles PE wird durch das Raffinieren von Rohöl zu Ethanol hergestellt, das dann zur Herstellung von Ethylen polymerisiert wird. Biobasiertes PE folgt dem gleichen Verfahren wie herkömmliches PE, wird jedoch aus Zuckerrohr, Zuckerrüben oder Weizen hergestellt.
Was sind die Vorteile von Biokunststoffen?
Biokunststoffe bieten über die Reduzierung der Abhängigkeit der Welt von fossilen Brennstoffen hinaus eine Reihe weiterer Vorteile gegenüber konventionellen Kunststoffen.
Die Verwendung erneuerbarer oder biologisch abbaubarer Materialien ermöglicht es Herstellern beispielsweise, ihre Einsatzstoffe zu diversifizieren. Dies erhöht ihre Fähigkeit, mit Unterbrechungen der Lieferkette oder Preiserhöhungen fertig zu werden. Manche natürlichen Fasern sind im Vergleich zu Rohöl kostengünstig, reichlich vorhanden und produzieren während der Verarbeitung keine schädlichen Nebenprodukte.
Biokunststoffe können weniger wiegen als herkömmliche Kunststoffe. Dies ist ein besonderer Vorteil für Branchen wie die Automobilindustrie und die Luft- und Raumfahrt, in denen ein geringes Gewicht für die Kraftstoffeffizienz immer wichtiger wird.
Die Ausweitung der Verwendung von biobasierten Materialien trägt dazu bei, dass nicht so viel Abfall auf Deponien entsorgt werden muss. Kompostierung und Recycling sind zusätzliche Möglichkeiten der Abfallbehandlung.
Man kann jedoch nicht nur einfach sagen: „Biokunststoffe = gut, konventionelle Kunststoffe = schlecht“. Die Welt ist nach wie vor stark von Öl abhängig, und viele Kunststoffe werden aus Nebenprodukten des Ölraffinierungsprozesses hergestellt. Was würde mit diesen Petrochemikalien passieren, wenn Biokunststoffe zur Norm werden?
Außerdem sind die Materialkosten für Biokunststoffe höher als für petrochemische Alternativen. Dies ist vor allem auf niedrige Erträge, die Kosten für Forschung und Entwicklung sowie den Bau neuer Verarbeitungsanlagen und Vertriebskanäle zurückzuführen.
Die am häufigsten verwendeten Biokunststoffe werden aus Zucker und Stärke hergestellt, die auf landwirtschaftlichen Flächen geerntet werden, die ansonsten für die Nahrungsmittelproduktion genutzt werden könnten. Der Anbau dieser Pflanzen und ihre Aufbereitung in nutzbare Materialien erfordern Boden, Wasser und Energie – und all diese können knapp werden.
Um diese Bedenken zu zerstreuen, laufen derzeit Forschungen in Labors auf der ganzen Welt, um alternative erneuerbare Einsatzstoffe zu identifizieren. Zu den Spitzenkandidaten gehören Algen, die im Wasser statt auf dem Land wachsen, und Zellulose, die im Überfluss in Bäumen, Stroh und Baumwolle vorhanden ist.
Die größte Hürde steht jedoch nicht am Beginn des Lebenszyklus, sondern vielmehr an seinem Ende.
Wie können Biokunststoffe entsorgt werden?
Wir haben bereits erwähnt, dass nicht alle Biokunststoffe biologisch abbaubar oder kompostierbar sind. Und dass bestimmte Umweltbedingungen vorhanden sein müssen, damit Material zerfallen kann. Diese Bedingungen mögen als triviale Details erscheinen. Die unsachgemäße Entsorgung von Biokunststoffen kann jedoch die Umwelt genauso schädigen wie herkömmliche Kunststoffe.
Wenn auf dem Etikett „kompostierbar“ steht, bedeutet dies beispielsweise nicht, dass Sie das Produkt auf den Komposthaufen in Ihrem Garten werfen können. Viele kompostierbare Kunststoffe müssen in einer industriellen Kompostieranlage verarbeitet werden. Dort wird das Material zerkleinert und häufig gedreht, und die Temperaturen sind viel höher und werden sorgfältiger kontrolliert.
Ein kompostierbarer Kunststoff, der seinen Weg in die Deponie findet, wird nicht biologisch abgebaut. Er benötigt Luft, Feuchtigkeit und Sonnenlicht, um ordnungsgemäß zu zerfallen. Ebenso kann ein Biokunststoff, der in eines der Weltmeere gelangt, immer noch die gleichen Probleme verursachen wie konventionelle Kunststoffe.
Der Mangel an industriellen Kompostieranlagen weltweit bedeutet, dass der Schwerpunkt auf Recycling liegt. Viele Biokunststoffe können recycelt werden. Ihre Spezifikationen und Eigenschaften bestimmen jedoch, ob sie mit anderen Materialien vermischt werden können oder getrennt behandelt werden müssen.
Nur bestimmte Biokunststoffe können zusammen mit ihren ölbasierten Äquivalenten wie Polyethylen (PE) und Polyethylenterephthalat (PET oder PETE) recycelt werden. Die Einführung von biologisch abbaubarem oder kompostierbarem Material in einen inkompatiblen Recyclingstrom kann Probleme verursachen, wobei das Endprodukt möglicherweise beeinträchtigt wird.
Umso wichtiger ist eine bessere Aufklärung von Unternehmen und Verbrauchern. Es zeigt die Notwendigkeit einer klaren Kennzeichnung in Bezug auf die Entsorgung und verbesserter Systeme für die Verwertung, Sortierung und Trennung von Abfallmaterial.
Wie Essentra Components hilft
Viele glauben, dass Recycling die beste Entsorgungsoption für die meisten Biokunststoffe darstellt. Als Unterzeichner der Circular Plastics Alliance der Europäischen Kommission hat sich Essentra Components der Steigerung seiner Verwendung von recycelten Polymer-Rohstoffen verschrieben. Unsere Unterstützung wird zu den Zielen der CPA beitragen, den europäischen Markt für recycelte Kunststoffe bis 2025 auf 10 Millionen Tonnen anzukurbeln.
Wir haben bereits den Prozentsatz recycelter Kunststoffe, die in unseren LDPE-Produktlinien (Polyethylen niedriger Dichte) verwendet werden, erhöht.Während LDPE der aktuelle Schwerpunkt ist, besteht unser Ziel darin, nachhaltigere Materialien im gesamten Produktportfolio zu integrieren. Bis 2025 werden mindestens 20 % des verarbeiteten Materials aus nachhaltigeren Quellen stammen.
Wie sieht die Zukunft von Biokunststoffen aus?
Wie viele andere Umweltanliegen ist dies ein nuanciertes, komplexes Thema. Kunststoff ist leicht, stark, transparent, wasserdicht, hygienisch und für viele Anwendungen das ideale Material. Das macht es fast unmöglich, seine Nutzung auf der Welt vollständig zu beseitigen.
Alternativen wie Biokunststoffe spielen eine wichtige Rolle. Aber es wird einige Zeit in Anspruch nehmen, ihre Produktion auf die erforderlichen Volumen und die richtige Preisebene zu bringen, damit sie von der großen Masse angenommen werden.
Dennoch dürfte die steigende Nachfrage aus Branchen wie Elektronik, Pharmazie und Transport einen starken Anstieg des Biokunststoffmarktes bedeuten. Die Einführung von Rechtsvorschriften zur Minimierung der Produktion und des Verbrauchs von Kunststoffprodukten sollte ebenfalls den Biokunststoffmarkt und die Forschung und Entwicklung in diesem Bereich ankurbeln.
Aus diesen Gründen sind Biokunststoffe wahrscheinlich kein kurzfristiger Trend. Jede unterschiedliche Option in Bezug auf Rohstoffe, ihre Eigenschaften und ihre Entsorgungsbedingungen muss berücksichtigt werden.