blz_logo12,9

Bio-Kunststoff: Schöne grüne Plastikwelt

Bunte Vielfalt: Flaschen aus biologisch abbaubarem Kunststoff.

Bunte Vielfalt: Flaschen aus biologisch abbaubarem Kunststoff.

Foto:

POlyOne

Ob Babyflaschen, Autoschläuche, Kabelisolationen oder Telefone – Kunststoff ist immer dabei. Meist sind es Produkte der Petrochemie, also aus Erdöl. Der fossile Energieträger liefert den Kohlenstoff für die chemischen Verbindungen. Es ginge auch anders: „Theoretisch können schon heute fast alle bekannten Kunststoffe mit nachwachsenden statt petrochemischen Rohstoffen hergestellt werden“, sagt Hans-Josef Endres, Leiter des Instituts Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe (IfBB) an der Hochschule Hannover.

Dass Biokunststoffe bisher erst ein Prozent Marktanteil haben, liege vor allem an den höheren Kosten für die Bioware. Viele Chemiefirmen hätten Biokunststoffe zwar schon ausprobiert und festgestellt, dass sie problemlos funktionierten. „Doch am Ende des Tages nehmen sie das billigere petrochemische Produkt“, sagt Endres.

PET-Flaschen ein bisschen bio

Auf der diesjährigen „K“, der nach Auskunft der Veranstalter größten Kunststoffmesse weltweit, die derzeit in Düsseldorf stattfindet, spielen die Biokunststoffe eine wichtige Rolle. Denn viele Unternehmen wollen Endres zufolge den Beitrag der Biokomponenten erheblich ausbauen. Setzten sie alle ihre Pläne um, dann würden sich die Kapazitäten für die Biokunststoffe bis 2016 verfünffachen.

Beispiel Coca Cola: Bis 2020 sollen alle PET-Flaschen des Konzerns eine Biokomponente enthalten. Statt aus Erdöl wird ein Teil des Kunststoffs aus brasilianischem Zuckerrohr hergestellt – genauer aus Ethanol, einem Alkohol, der aus dem Zucker gewonnen wird.

PET besteht grundsätzlich aus zwei Komponenten: zu rund 30 Prozent aus Alkohol und zu 70 Prozent aus der Dicarbonsäure TA. Während der Alkohol sich einfach aus Stärke oder Zucker statt Erdöl gewinnen lässt, ist diese Möglichkeit nach Aussage des Getränkekonzerns bei TA technisch noch nicht ausgereift. Die Synthetisierung aus fossilem Rohstoff bleibe vorerst das Maß der Dinge. Dafür will Coca Cola alle PET-Flaschen bis 2020 aber mit einem Anteil des Bioalkohols herstellen. Nachwachsende Rohstoffe sollen so eine Quote von bis zu 30 Prozent an den weltweit vertriebenen Flaschen erreichen.

In Brasilien sind Kunststoffe aus Zuckerrohr schon seit ein paar Jahren verbreitet, sagt Endres. „Der biobasierte Alkohol wird dort auch für die Herstellung von Bio-Polyethylen verwendet.“ Polyethylen (PE) ist der weltweit am meisten produzierte Kunststoff. Aus ihm werden zum Beispiel Plastiktüten hergestellt. Chemisch ist es einerlei, woher die Kohlenstoffe kommen, ob aus nachwachsenden Rohstoffen oder Erdöl. Deshalb können die Biokunststoffe auf den gleichen Maschinen der Industrie erzeugt und genauso recycelt werden wie die konventionelle Konkurrenz. Auch optisch unterscheiden sich die Materialien nicht.

Neben der besseren CO2 -Bilanz ist auch die Produktion selbst umweltverträglicher. „Wir haben einen Prozess entwickelt, um Polyurethan aus Pflanzenöl-Rohstoffen zu gewinnen“, berichtet Michael Meier, Professor für organische Chemie am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Aus Polyurethan werden Schäume hergestellt, die standardmäßig in Polstermöbeln oder Autositzen vorkommen. Bei dem Verfahren der Karlsruher kann anders als bei konventionell erzeugten Polyurethanen auf das gefährliche Phosgen verzichtet werden.

Phosgen wurde im ersten Weltkrieg als chemischer Kampfstoff eingesetzt. Die Chemikalie wird heute in der Industrie neben Polyurethanen zur Herstellung von Medikamenten oder Insektiziden verarbeitet. Im Produkt ist zwar nichts mehr von der toxischen Substanz vorhanden. Es ist daher für Verbraucher ungefährlich. Doch bei der Produktion ist höchste Vorsicht geboten. Phosgen wird deshalb direkt in der Anlage verbraucht, in der sie erzeugt wird, um gefährliche Transporte zu vermeiden. Die wesentlich verträglicheren Biokunststoffe haben Meier zufolge im Labormaßstab ihre Verwendungsfähigkeit gezeigt. Doch die Industrie sei wegen der zunächst höheren Kosten und fehlenden Erfahrungen zurückhaltend.

Dabei sind Biomaterialien in der Kunststoffwelt alles andere als neu. Ob der aus Leinöl hergestellte Bodenbelag Linoleum, die auf Cellulose basierende Viskose, Kautschuk (Gummibaum) oder aus Essigsäure synthetisierte Acetate für Brillengestelle – nachwachsende Rohstoffe sind seit Jahrzehnten fester Bestandteil der Kunststoffchemie.

Künftig sind es vor allem drei Klassen an nachwachsenden Rohstoffen, die in einer neuen Kunststoffwelt gebraucht werden. Zum einen Stärke und Zucker, wie sie sich in Getreide und Zuckerrohr finden. Der zweite Pfeiler ist die Cellulose. Daraus werden heute schon Bio-Folien, zum Beispiel für Nahrungsmittel, oder Öko-Kugelschreiber hergestellt. Die dritte Gruppe bilden die Pflanzenöle, vor allem solche, die reich an mehrfach ungesättigten Fettsäuren sind, wie sie etwa im Lein- und Rizinusöl vorkommen. Das sind Säuren, die relativ schnell oxidieren und damit auch polymerisieren.

Reicht die Anbaufläche?

Insbesondere die Fette der Rizinuspflanze werden schon seit Jahren für die Herstellung langkettiger Polyamide verwendet, aus denen Kraftstoffschläuche und andere Kfz-Teile geformt werden. Mercedes-Benz setzt seit diesem Jahr für die Motorabdeckungen der A-Klasse ausschließlich nur noch Biopolyamide auf Basis von Rizinusöl ein. Aus der Fettsäure bestehen außerdem am Markt Dübel und Brillengestelle.

Doch der Einsatz von Nahrungsmitteln wie Mais oder Weizen für die Kunststoffproduktion birgt ein Problem. „Vorzugsweise sollten Rohstoffe eingesetzt werden, die keine Konkurrenz zu Lebensmitteln darstellen“, sagt KIT-Forscher Michael Meier. „Sonst führt das zu ähnlichen Diskussionen wie beim Biosprit.“ Das spräche vor allem für Cellulose und Pflanzenöle, die nicht zum Verzehr geeignet sind. Für Endres vom IfBB ist das dagegen kein Problem. „Selbst wenn weltweit alle als Werkstoffe unverzichtbaren Kunststoffe zukünftig zu einhundert Prozent durch biobasierte Kunststoffe ersetzt würden, bräuchten wir für deren Anbau nur ein Prozent der heutigen landwirtschaftlich genutzten Fläche.“