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"Bioabbaubarkeit muss einen Zusatznutzen bringen"

Dr. Michael Thielen hat zunächst viele Jahre in der Kunststoffindustrie gearbeitet. Dann wechselte er in den Fachjournalisumus und gründete 2006 das Bioplastics Magazine, die einzige Fachzeitschrift weltweit zum Thema Biokunststoffe. Im Interview mit Christoph Bächtle spricht Thielen über Polylactid, Bioabbaubarkeit, die Eigenschaften von Biokunststoffen und ihre Rolle im Vergleich mit klassischen petrobasierten Kunststoffen.

Herr Dr. Thielen, Thailands Regierung hat beschlossen, das Land solle bis zum Jahr 2021 zum Top-Produzenten von biobasierten Rohstoffen, insbesondere Polylactid, im ostasiatischen Raum aufsteigen. Eine gute Entscheidung?

Grundsätzlich ist Polylactid ein Werkstoff, der sehr vielseitig eingesetzt werden kann, besonders dann, wenn man ihn kombiniert mit Füllstoffen wie Naturfasern oder auch mit Additiven. Insofern ist es eine gute Entscheidung.
Aber es gibt auch einiges zu bedenken. Geht es in erster Linie darum, Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen herzustellen, um damit fossilbasierte Kunststoffe zu substituieren? Oder geht es darum, Kunststoffe in den Markt zu bringen, die biologisch abbaubar und kompostierbar sind? Daraus folgt die Frage, ob die Infrastruktur zur Kompostierung vorhanden ist.

Wenden wir uns hiesigen Gefilden zu: In der EU sollen bis 2020 zehn Prozent der produzierten Kunststoffe biobasiert sein. Welche Rolle könnte da Polylactid spielen?

Dr. Michael Thielen: "Bis 2020 werden wir vermutlich ein komplett biobasiertes PET haben." © privat

Das ist sehr schwer einzuschätzen. Einerseits ist Polylactid einer der Kunststoffe, die in der frühen Phase des Biokunststoffbooms eine große Rolle gespielt haben. Polylactid war schon früh in großen Mengen verfügbar, kann vielseitig eingesetzt werden, hat eine gewisse Bekanntheit erreicht und sein Anwendungsspektrum kann durch Additivierung noch weiter ausgebaut werden.

Andererseits gibt es viele interessante Ansätze, auch Standardkunststoffe, also bekannte Kunststoffe wie zum Beispiel Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid (PVC), Polyamid, bis hin zum Polyethylenterephthalat (PET), aus nachwachsenden Rohstoffen herzustellen. Bei PET kann beispielsweise schon jetzt das Monoethylenglycol aus nachwachsenden Rohstoffen produziert werden und ist bei bestimmten Anwendungen schon im Markt. Auch an der Terephthalsäure, der zweiten Komponente für PET, ist man dran. Bis 2020 werden wir also vermutlich ein komplett biobasiertes PET haben. Ein Brasilianisches Unternehmen bietet ab 2011 ein biobasiertes Polyethylen am Markt an, später soll Polypropylen folgen. Ich gebe Polylactid eine gute Chance, aber es bleibt abzuwarten, ob es 2020 noch eine so bedeutende Rolle spielen wird.

Wir müssen auch sehen, wie es sich preislich entwickeln wird. Bei den so genannten Drop-in-Lösungen, also den Biokunststoffen, die aus nachwachsenden Rohstoffen gemacht sind, aber letztlich Standardkunststoffe und nicht biologisch abbaubar sind, da spielt es eine große Rolle, dass man an langlebige Güter denkt. Man sollte hier vor allem den Aspekt ,nachwachsend‘ stärker in Betracht ziehen und nicht die biologische Abbaubarkeit.

Biobasiert und bioabbaubar – bei diesen Begriffen herrscht manchmal etwas Verwirrung. Wie hängt das eine mit dem anderen zusammen?

Gar nicht. Entscheidend für die Bioabbaubarkeit ist nur die molekulare Struktur des Kunststoffs. Die klassischen Kunststoffe wie Polyethylen, Polypropylen und andere können nicht biologisch abgebaut werden, egal ob sie biobasiert oder fossilbasiert hergestellt wurden. Man kann sie auch nur sehr schwer von biobasierten unterscheiden, zum Beispiel über die Altersbestimmung des Kohlenstoffs anhand der Radiocarbonmethode. Es gibt bei den Biokunststoffen einen Trend, der hin zu den langlebigen biobasierten Kunststoffen geht. Die biologische Abbaubarkeit spielt hauptsächlich da eine Rolle, wo diese Eigenschaft einen Zusatznutzen bringt.

Manche Menschen neigen dazu, ihren Kunststoffmüll einfach in der freien Natur zu entsorgen. Die meisten Kunststoffe sind aber sehr stabil und überdauern Jahrzehnte bis Jahrhunderte. Könnten bioabbaubare Kunststoffe einen Beitrag leisten, dieses Problem zumindest in Teilen zu lösen?

,Können‘ sicherlich. Aber meiner Ansicht nach ist dies der falsche Weg. Das Thema Littering, so nennen Fachleute dieses Verhalten, ist keine Frage der eingesetzten Werkstoffe, sondern der Erziehung. Es sollten alle Anstrengungen unternommen werden zu vermeiden, dass die biologische Abbaubarkeit auch nur ansatzweise als eine potenzielle Lösung für das Littering propagiert wird. Bleiben wir mal beim Polylactid: ein biologisch abbaubarer Werkstoff, der in der industriellen Kompostierung innerhalb der durch Norm vorgegebenen Zeit kompostiert wird. In der Landschaft funktioniert das nicht so einfach. Bis das Polylactid dort abgebaut ist, bleibt es eine optische Belästigung und möglicherweise auch eine Gefahr für Tiere, die es eventuell fressen. Littering ist und bleibt eine Frage der Erziehung.

Polylactid braucht für das schnelle Kompostieren wesentlich höhere Temperaturen, als man sie in einem Gartenkomposter erreichen könnte. Es müssen daher industrielle Anlagen eingesetzt werden. Bedeutet das nicht, komplette Abfallströme zukünftig neu zu ordnen und zu organisieren, um das Potenzial der Bioabbaubarkeit und Kompostierbarkeit überhaupt nutzen zu können?

Biobasierte Kunststoffe gibt es bereits in vielen Ausprägungen. © BIOPRO/Bächtle

Das ist ein sehr komplexes Thema. Es gibt eine Vielzahl industrieller Kompostieranlagen, die kompostierbare Kunststoffverpackungen annehmen. Dabei handelt es sich vor allem um Folien und Beutel. Wenn man aber an Anwendungen wie Flaschen denkt, kann die Entsorgung über eine kommunale Kompostierung nicht der richtige Weg sein. Flaschen sind großvolumig, brauchen viel Platz und würden in größeren Stückzahlen möglicherweise zu Problemen führen. Insofern müssen wir bei allen Materialien und Verpackungsformen, die in den Umlauf kommen, darauf achten, welche Infrastruktur vorhanden ist und welche Mengen zusammenkommen.

Die kolumbianische Fluggesellschaft Avianca hat als erste Becher aus Polylactid eingesetzt für Kaltgetränke. Diese Becher werden nach Gebrauch komplett vom Personal aussortiert, separat gesammelt und dann in Bogotá von einem Unternehmen abgeholt, das die Becher zerkleinert und dann einem Kompostierverfahren zuführt. Das ist ein sehr guter Weg, es ist ein geschlossener Kreislauf, ein so genantes Closed-loop-System. Und da gibt es noch eine Reihe weiterer Beispiele.

Solche  Beispiele zeigen, dass es Lösungen gibt. Man muss aber individuell für jede Anwendung in jedem Land schauen, wie die Infrastruktur ist oder wie sie angepasst werden kann.

Aber die Bioabbaubarkeit ist nichts wert, wenn wir sie nicht umsetzen. Dafür müssen jedoch die erforderlichen Rahmenbedingungen von der Politik oder wem auch immer installiert werden.

Da kommen zwei Aspekte zum Tragen. Ich bin der Auffassung, dass es nicht sinnvoll ist, bioabbaubare Verpackungen im großen Stil in den Markt zu bringen und zu propagieren, solange nicht auch die Abfallwirtschaft, also die Kompostieranlagenbetreiber mitspielen. Wenn in bestimmten Landkreisen die Kompostieranlagenbetreiber bioabbaubare Verpackungen ablehnen, ist das sicher ein Problem. Aber an diesem Thema wird aktuell gearbeitet.

Der zweite Punkt ist: es bringt nichts, jegliche Verpackung mit biologisch abbaubaren Kunststoffen umzusetzen. Ich würde sie nur dort einsetzen, wo es sinnvoll ist, wo es Zusatznutzen bringt. Ein paar Beispiele: Die Mulchfolie auf dem Acker, die der Bauer nach der Ernte nicht mehr einsammeln und teuer entsorgen muss, sondern einfach unterpflügen kann.

Oder Tomatenpflanzen. Die werden in Gewächshäusern mit Kunststoffclips an Drähten befestigt, damit sie hochwachsen können. Wenn die Tomaten geerntet sind, muss der Tomatenzüchter die Pflanzenreste teuer entsorgen, weil die Polypropylenclips den Grünabfall kontaminieren. Stellt man diese Clips aus einem kompostierbaren Kunststoff her, dürfen sie deutlich mehr als die Polypropylenclips kosten und der Tomatenzüchter spart am Ende immer noch Geld.

Oder bei großen Cateringprojekten. Beim katholischen Weltjugendtag in Köln im Jahr 2005 wurden sieben Millionen kompostierbare Cateringgeschirre eingesetzt. Wenn solche Cateringgeschirre zusammen mit den Essensresten entsorgt werden können, dann ergibt Kompostierbarkeit wirklich einen Sinn.

Durch welche Eigenschaften grenzt sich PLA von anderen Biokunststoffen ab?

PLA ist ein vielseitiger Werkstoff, dessen Eigenschaften ständig verbessert werden. © BIOPRO/Bächtle

Da ist zum Beispiel die Wasserdampfdurchlässigkeit zu nennen. Bei Flaschen ist das ein Problem, aber bei Gemüse- oder Brotverpackungen ist diese Eigenschaft wünschenswert, denn durch die Atmungsaktivität bleibt die Ware etwas länger frisch. PLA ist hochtransparent und erlaubt somit optisch sehr ansprechende Verpackungen. PLA ist spritzgießbar, besonders in Verbindung mit Additiven und Naturfasern.

Standard-PLA ist nicht hitzestabil, das hat sich durch Additivierung und neue Verfahren aber geändert. Inzwischen gibt es Spezial-PLAs wie die Stereokomplex-PLAs, die eine gute Thermostabilität haben. Alles in Allem ist PLA ein sehr vielseitiger Werkstoff. Ein ganz großer Vorteil von PLA ist derzeit die Verfügbarkeit: Kein anderer Biokunststoff ist derzeit in diesen Mengen am Markt verfügbar.

Aber auch andere Biokunststoffe haben ihre Stärken. Polyhydroxalkanoate, die so genannten PHAs, können zum Beispiel in sehr breiten Eigenschaftsspektren eingestellt werden, von zäh-elastisch bis ganz hart. Cellulose basierte Biokunststoffe oder solche aus modifizierter Stärke wie auch Blends verschiedener Werkstoffe bieten alle ihr eigenes Eigenschaftsprofil.

Es gibt eine große Bandbreite an Biokunststoffen. Man muss sich daher an der Applikation orientieren und darauf achten, welches Eigenschaftsspektrum zur jeweiligen Applikation passt, um dann den geeigneten Biokunststoff auszuwählen.

Der Kunststoffmarkt ist ein Massenmarkt, etwa 280 Millionen Tonnen werden pro Jahr hergestellt. Aber er ist auch traditionsreicher Markt, der von den petrobasierten Technologien und Produkten dominiert wird. Müssen die biobasierten Kunststoffe hier nicht gegen große Widerstände kämpfen?

Die klassischen Kunststoffe sind etabliert. Alle haben mehrere Dekaden Entwicklungszeit hinter sich und sind ausgereift. Polypropylen hatte 30 Jahre Zeit sich zu entwickeln, PVC 50 Jahre. Wenn man Biokunststoffe heute mit etablierten Standardkunststoffen vergleicht und dann die ganzen Nachteile aufführt, dann darf man das Kind nicht mit dem Bad ausschütten. Allein die Produktionskapazitäten von PET, Polypropylen, Polyethylen, PVC, Polyamide haben ganz andere Dimensionen als die der Biokunststoffe. Da geht es um riesige Anlagen, auf denen entsprechend preiswert produziert werden kann.

Die Entwicklung wird dahin gehen, dass es einerseits durch den steigenden Ölpreis und andererseits durch fallende Preise bei den Biokunststoffen aufgrund des technischen Fortschritts und der größeren Anlagen es für jede Applikation irgendwann einen Break-even-point geben wird, bei dem biobasierte Kunststoffe preiswerter sein werden. Das kann für die eine Applikation schon nächstes Jahr der Fall sein, für die andere Applikation ist das schon seit zwei Jahren so und die dritte Applikation wird vielleicht erst in fünf Jahren diesen Status erreicht haben. Bei den bioabbaubaren biobasierten Kunststoffen muss man insbesondere noch das End-of-life-Szenario mit ins Kalkül einbeziehen – ich erinnere an die Mulchfolie und die Tomatenclips.

Aber niemand wird versuchen wollen, mit aller Gewalt die klassischen petrobasierten Kunststoffe aus dem Markt zu drängen und durch biobasierte Kunststoffe zu ersetzen. Die Zeit, die Marktentwicklung und der Preis werden es richten. Deshalb sind die großen Chemieunternehmen, die klassische Kunststoffe herstellen, mit im Boot – teils beobachtend, teils bereits mit Produkten. Wenn Öl eines Tages zu teuer ist, sind alle froh, wenn es Alternativen aus nachwachsenden Rohstoffen gibt.

Glossar

  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Die Positronenemissionstomographie (PET) ist ein bildgebendes Verfahren zur Darstellung von Strukturen, sowie biochemischen und physiologischen Vorgängen im Körper (funktionelle Bildgebung). Das Verfahren beruht auf der Verteilung einer radioaktiv markierten Substanz im Organismus, die Positronen emittiert und somit von Szintillationszählern detektiert werden kann.
  • Plastizität ist die Eigenschaft von Organismen, ihre Merkmalsausprägungen unter Einfluss von Umweltfaktoren zu verändern. Unter neuronaler Plastizität versteht man die Eigenschaft von Nervenzellen, sich in Abhängigkeit von ihrer Aktivität in ihren Antworteigenschaften zu verändern. Meist wird dabei die Stärke der synaptischen Übertragung beeinflusst (synaptische Plastizität). Die neuronale bzw. synaptische Plastizität wird als grundlegender Mechanismus für Lernvorgänge und Bildung von Erinnerungen angesehen.
  • Polypropylen (Abkürzung: PP) ist ein thermoplastisches Polymer des Propylens (auch: Propens).
  • Polyethylen (Abkürzung: PE) ist das Polymer des Ethylens. Es gehört zu den thermoplastischen Kunststoffen.
  • Polyhydroxyalkanoate (PHA) sind Polyester bakterieller Herkunft, die den Mikroorganismen als Reservestoffe dienen. Sie können industriell als Verpackungs- oder Implantatmaterialien eingesetzt werden.
  • Polylactide (auch Polymilchsäuren, PLA) sind Polymere aus Milchsäure. Sie werden zum einen in der Verpackungsindustrie eingesetzt und sind zum anderen interessant für medizinische Anwendungen, da es sich sich um einen biologisch abbaubaren Kunststoff handelt.
  • Cellulose ist ein wasserunlösliches Polysaccharid, das den Hauptbestandteil der pflanzlichen Zellwand bildet. Die Grundeinheit der Cellulose ist die Glucose.
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