Überraschende Neuigkeiten: Die weltweite Produktionskapazität für biobasierte und biologisch abbaubare Kunststoffe wurde für das Jahr 2022 auf rund 2,22 Millionen Tonnen geschätzt. Im Vergleich dazu wurden in demselben Jahr 390 Millionen Tonnen an herkömmlichen Kunststoffen produziert. Dieser enorme Unterschied verdeutlicht das große Potenzial, das in Biokunststoffen steckt, wenn es um die Entwicklung nachhaltiger Lösungen für die Zukunft geht.
Schlüsselerkenntnisse
- Biokunststoffe bieten eine nachhaltige Alternative zu fossilen Kunststoffen.
- Biobasierte Kunststoffe können aus nachwachsenden Rohstoffen wie Mais, Zuckerrohr oder Kartoffelstärke hergestellt werden.
- Der CO2-Fußabdruck von Biokunststoffen ist oft deutlich geringer als der von herkömmlichen Kunststoffen.
- Biokunststoffe können biologisch abbaubar sein, was die Belastung der Umwelt reduziert.
- Neue Technologien verbessern kontinuierlich die Effizienz des Recyclings von Biokunststoffen.
Definition und Grundlagen der Biokunststoffe
Biokunststoffe sind Kunststoffe, die ganz oder teilweise aus erneuerbaren Rohstoffen wie Pflanzen, Mikroorganismen oder Abfallprodukten hergestellt werden. Im Gegensatz zu fossilen Kunststoffen sind Biokunststoffe umweltfreundlicher und tragen zur Reduzierung des CO2-Fußabdrucks bei. Sie können biologisch abbaubar sein, müssen es aber nicht zwangsläufig.
Unterschied zwischen biobasierten und biologisch abbaubaren Kunststoffen
Biobasierte Kunststoffe werden ganz oder teilweise aus nachwachsenden Rohstoffen wie Stärke, Cellulose oder Pflanzenölen hergestellt. Biologisch abbaubare Kunststoffe zersetzen sich unter bestimmten Bedingungen wie Feuchtigkeit, Temperatur und Mikroorganismen in ihre Bestandteile. Nicht alle biobasierten Kunststoffe sind auch biologisch abbaubar, und umgekehrt. 
Chemische Strukturen und Eigenschaften
Die chemische Struktur von Biokunststoffen kann sowohl mit fossilbasierten Kunststoffen identisch als auch davon unterschiedlich sein. Die Eigenschaften von Biokunststoffen, wie Festigkeit, Flexibilität oder Temperaturbeständigkeit, sind stark von ihrer Zusammensetzung und Herstellungsprozessen abhängig.
Herstellungsprozesse im Überblick
Biokunststoffe werden meist durch die Modifikation natürlicher Polymere oder die Synthese aus biobasierten Monomeren hergestellt. Dabei kommen verschiedene Verfahren wie Fermentation, Polymerisation oder chemische Modifikation zum Einsatz. Die Wahl der Rohstoffe und Herstellungsprozesse beeinflusst die Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten der Biokunststoffe maßgeblich.
„Die Biokunststoff-Industrie bietet enorme Potenziale für die Entwicklung umweltfreundlicher Werkstoffe.“
Rohstoffquellen für Biokunststoffe
Biokunststoffe werden aus einer Vielzahl an nachwachsenden Rohstoffen hergestellt. Hauptsächlich stammen sie aus stärke– und cellulosereichen Pflanzen wie Mais, Miscanthus, Ölsaaten oder Holz. Auch Zucker, Disaccharide und Fettsäuren dienen als Ausgangsbasis für die Produktion von biobasierten Monomeren.
Die Rohstoffe können auf unterschiedliche Weise gewonnen, modifiziert und zu innovativen Biokunststoffen weiterverarbeitet werden. Dabei spielen Technologien zur chemischen oder enzymatischen Umwandlung eine wichtige Rolle. So werden beispielsweise aus Stärke oder Cellulose Polymere hergestellt, die als Grundlage für biobasierte Kunststoffe dienen.
„Der Markt für Biokunststoffe wächst je nach Segment um 20 bis 100 Prozent pro Jahr.“
Insgesamt bietet die Vielfalt an nachwachsenden Rohstoffen ein großes Potenzial für die Entwicklung und Herstellung von umweltfreundlichen Biokunststoffen. Angesichts der steigenden Nachfrage nach nachhaltigen Produktalternativen gewinnen diese innovativen Materialien zunehmend an Bedeutung.
Biokunststoffe: Typen und Potenziale
In der Kreislaufwirtschaft spielen Biokunststoffe eine immer wichtigere Rolle. Diese nachhaltigen Materialien bieten vielfältige Möglichkeiten, um fossile Ressourcen zu ersetzen und die Umweltbelastung zu reduzieren. Dabei lassen sich drei Hauptgruppen von Biokunststoffen unterscheiden:
Biobasierte, nicht abbaubare Kunststoffe
Biobasierte, nicht abbaubare Kunststoffe wie biobasiertes PET haben die gleiche chemische Struktur wie ihre fossilen Pendants. Sie tragen zur Reduzierung des CO2-Fußabdrucks bei und sind in vielen Anwendungen technisch gleichwertig mit konventionellen Kunststoffen.
Biobasierte, biologisch abbaubare Kunststoffe
Biobasierte, biologisch abbaubare Kunststoffe wie PLA zersetzen sich unter bestimmten Bedingungen vollständig. Sie bieten neue Funktionalitäten wie Kompostierbarkeit und optimierte Barriereeigenschaften.
Fossilbasierte, biologisch abbaubare Kunststoffe
Fossilbasierte, biologisch abbaubare Kunststoffe werden aus Erdöl hergestellt, sind aber trotzdem biologisch abbaubar. Sie können eine sinnvolle Alternative zu konventionellen Kunststoffen darstellen.
Mit der zunehmenden Vielfalt an Biokunststoffen verbessern sich ständig die Eigenschaften wie Flexibilität, Haltbarkeit, Bedruckbarkeit, Transparenz, Barriere, Hitzebeständigkeit und Glanz. Biokunststoffe bieten somit große Potenziale, um die Nachhaltigkeitsziele der Kreislaufwirtschaft zu unterstützen.
Nachhaltigkeitsaspekte der Biokunststoffe
Biokunststoffe bieten im Vergleich zu herkömmlichen, fossilbasierten Kunststoffen oft Vorteile in Bezug auf ihre Umweltauswirkungen. Ihre CO2-Bilanz kann in der Regel als günstiger eingestuft werden, da der Kohlenstoff aus nachwachsenden Rohstoffen stammt und nicht aus der Förderung fossiler Brennstoffe. Allerdings können biobasierte Kunststoffe auch ein höheres Versauerungs- und Eutrophierungspotenzial sowie einen größeren Flächenbedarf aufweisen.
Die Nutzung von Reststoffen, wie etwa Abfallprodukten aus der Lebensmittelverarbeitung, kann die ökologischen Vorteile der Biokunststoffe noch weiter steigern. Dennoch besteht eine gewisse Konkurrenz um landwirtschaftliche Flächen, die für die Produktion von Lebensmitteln, Naturschutz oder die energetische Biomassenutzung benötigt werden.
„Biobasierte Kunststoffe können zwar oft eine bessere CO2-Bilanz vorweisen, doch müssen wir auch deren Flächenbedarf und Umweltauswirkungen im Gesamtkontext betrachten.“
Um die Nachhaltigkeitsaspekte von Biokunststoffen ganzheitlich zu bewerten, sind weitere Forschungen und der Austausch zwischen Wissenschaft, Industrie und Politik erforderlich. Nur so können wir die Potenziale von Biokunststoffen optimal nutzen und deren Einsatz verantwortungsvoll in Einklang mit anderen Nachhaltigkeitszielen bringen.
Anwendungsbereiche und Einsatzmöglichkeiten
Biokunststoffe finden in verschiedensten Branchen vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. In der Verpackungsindustrie und bei Konsumgütern machen sie bereits rund 40% des gesamten Kunststoffverbrauchs aus. Auch in der Medizintechnik, der Landwirtschaft und dem Gartenbau spielen Biokunststoffe eine zunehmende Rolle.
Verpackungsindustrie und Konsumgüter
Im Verpackungsbereich werden Biokunststoffe beispielsweise für Getränkeflaschen, Behälter und Folien eingesetzt. Ihre biologische Abbaubarkeit macht sie zu einer nachhaltigen Alternative zu herkömmlichen Plastikprodukten. Auch im Bereich Hygiene- und Kosmetikprodukte sowie in der Elektronikindustrie finden Biokunststoff-Anwendungen zunehmend Verwendung.
Medizinische Anwendungen
In der Medizintechnik werden Biokunststoffe für biokompatible Implantate und Wirkstofffreisetzungssysteme genutzt. Ihre Eigenschaft, vom Körper resorbierbar zu sein, macht sie zu idealen Werkstoffen für temporäre Hilfsmittel wie Stents oder Nahtmaterial. Darüber hinaus können Biokunststoffe in der Medizintechnik auch für 3D-gedruckte Prothesen eingesetzt werden.
Landwirtschaft und Gartenbau
In der Landwirtschaft dienen Biokunststoffe als biologisch abbaubare Mulchfolien und Pflanzentöpfe. Sie ermöglichen eine schonende Bodenbearbeitung und reduzieren Plastikabfall. Auch im Gartenbau finden Biokunststoff-Anwendungen wie kompostierbare Blumentöpfe und Verpackungen für Saatgut zunehmend Verwendung.
„Die Anwendungsmöglichkeiten von Biokunststoffen sind vielfältig und reichen von Verpackungen über Medizintechnik bis hin zur Landwirtschaft. Ihre Nachhaltigkeit und biologische Abbaubarkeit machen sie zu einer attraktiven Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen.
Recycling und Entsorgung
Biobasierte Kunststoffe, die eine ähnliche Struktur wie fossile Kunststoffe aufweisen, können gemeinsam im Werkstofflichen Recycling verarbeitet werden. Andere Biokunststoffe landen oft in der Energetischen Verwertung, da ihre Eigenschaften das stoffliche Recycling erschweren. Bioabbaubare Kunststoffe dürfen lediglich in die Biotonne, wenn sie zuvor für diesen Zweck zertifiziert und zugelassen wurden.
Unabhängig von ihrer Herkunft gehören alle Kunststoffverpackungen, auch biobasierte, in den Gelben Sack oder die Gelbe Tonne. Dies ermöglicht ein effizientes Recycling und schließt den Kreislauf der Kreislaufwirtschaft. Allerdings können Fehlentsorgungen die Recyclingprozesse erschweren und verteuern.
„Über 50 Jahre Erfahrung in der Herstellung von Produkten aus recycelten Pre-Consumer Kunststoffmaterialien.“
Unternehmen wie H&K Müller verarbeiten jährlich rund 100.000 kg Pre-Consumer Kunststoffabfälle und können einen Großteil ihrer Produkte auch aus recycelten Post-Consumer Kunststoffmaterialien herstellen. Dieses Werkstoffliche Recycling trägt dazu bei, die Umweltbelastung durch Kunststoffe zu reduzieren.
Die Entsorgung und der Abbau von Biokunststoffen sind jedoch nicht immer einfach. Während biobasierte, nicht abbaubare Kunststoffe ähnlich wie herkömmliche Kunststoffe recycelt werden können, müssen bioabbaubare Kunststoffe bei der Entsorgung beachtet werden. Eine Energetische Verwertung kann hier eine sinnvolle Alternative sein.
Insgesamt bietet das Werkstoffliche Recycling von Biokunststoffen ein hohes Potenzial, um die Umweltbelastung durch Kunststoffe zu reduzieren und den Kreislauf der Kreislaufwirtschaft zu schließen. Allerdings sind eine ganzheitliche Bewertung der Umweltauswirkungen und eine kontinuierliche Weiterentwicklung der Technologien entscheidend, um die Vorteile von Biokunststoffen voll auszuschöpfen.
Marktentwicklung und Wirtschaftlichkeit
Der Biokunststoff-Markt ist in den letzten Jahren auf beachtliche Wachstumskurve gegangen. Die weltweite Produktionskapazität für biobasierte und biologisch abbaubare Kunststoffe lag 2022 bei rund 2,22 Millionen Tonnen. Davon entfielen etwa 26,5 Prozent auf Europa. Die Hauptanwendungsgebiete für Biokunststoffe sind flexible Verpackungen sowie technische Anwendungen und Konsumgüter.
Aktuelle Marktanteile und Trends
Biobasierte, nicht abbaubare Kunststoffe machen derzeit 43,7 Prozent des Biokunststoff-Marktes aus, während biobasierte, biologisch abbaubare Materialien einen Anteil von 56,3 Prozent haben. Führende Materialien sind Polylactid (PLA) mit 37,1 Prozent Marktanteil sowie Polyhydroxyalkanoate (PHA) mit 4,1 Prozent. Insgesamt zeigt sich ein Trend zu mehr Nachhaltigkeit und biologischer Abbaubarkeit in der Kunststoffbranche.
Wirtschaftliche Perspektiven
Der Biokunststoff-Markt bietet erhebliches Wachstumspotenzial. Bis 2029 wird eine Verdopplung der globalen Produktionskapazität auf 5,73 Millionen Tonnen erwartet. Allerdings liegt die derzeitige Auslastung der Anlagen nur bei 58 Prozent, was auf Herausforderungen wie hohe Rohstoffkosten und Markteintrittsbarrieren hindeutet. Frühzeitige Investitionen in neue Produktionsanlagen und Effizienzsteigerungen werden daher als Schlüssel für den weiteren Ausbau des Biokunststoff-Marktes gesehen.
„Die Chancen für Biokunststoffe sind enorm, doch es müssen noch einige Hürden genommen werden, um ihr volles Potenzial auszuschöpfen.“
Technische Eigenschaften und Verarbeitung
Biokunststoffe können ähnlichen Verarbeitungsprozessen unterzogen werden wie herkömmliche Kunststoffe. Gängige Kunststoff-Verarbeitungsverfahren wie Extrusion, Spritzguss und Thermoformen können auch für Biokunststoffe eingesetzt werden. Thermoplastische Biokunststoffe machen dabei mit einem Marktanteil von rund 80 % den Großteil aus.
Die technischen Eigenschaften wie Formbarkeit, Härte, Elastizität und chemische Beständigkeit lassen sich durch die Wahl der Ausgangsmaterialien, die Herstellungsprozesse und den Einsatz von Additiven beeinflussen. Compoundieren ist ein wichtiges Verfahren, um die gewünschten Materialeigenschaften zu erzielen und die Verarbeitung zu optimieren.
„Biokunststoffe benötigen oft etwas mehr Energie in der Produktion, aber durch ihre biologische Abbaubarkeit tragen sie deutlich zur Nachhaltigkeit bei.“
Während Biokunststoffe auf Thermoplaste wie PLA, PHAs oder Cellulose-Derivate setzen, gibt es auch bio-basierte Duroplaste, die für spezielle Anwendungen geeignet sind. Insgesamt bietet die Vielfalt an Biokunststoff-Lösungen großes Potenzial für eine umweltfreundlichere Kunststoffwirtschaft.
Zertifizierung und Qualitätsstandards
Für die Vermarktung von Biokunststoffen sind klare Zertifizierungen und Qualitätsstandards unerlässlich. Der Biobasiert-Zertifizierung kommt dabei eine besondere Bedeutung zu. Mithilfe der Radiocarbonmethode nach ASTM D6866 wird der Anteil an biobasiertem Kohlenstoff in Produkten genau bestimmt. Anschließend vergeben Zertifizierungsprogramme wie TÜV Austria (OK-biobased) und DIN CERTCO Logos mit der genauen Prozentangabe des biobasierten Anteils.
Neben der Biobasiert-Zertifizierung sind auch Bioabbaubarkeits-Standards relevant. Spezielle Gütesiegel wie „Bioabfall-Beutel DINplus“ zeigen an, dass ein Produkt die hohen Anforderungen an biologische Abbaubarkeit erfüllt. Diese Qualitätssicherung ist entscheidend, um das Vertrauen der Verbraucher in Biokunststoffe zu stärken.
In den USA existiert zudem das „Bio-Preferred®“ Programm, das ebenfalls den biobasierten Anteil von Produkten zertifiziert. Solche Qualitätsstandards sind wichtig, um die Vorteile von Biokunststoffen klar zu kommunizieren und ihre Akzeptanz zu fördern.
Zukunftsperspektiven der Biokunststoffe
Die Forschung und Entwicklung im Bereich der Biokunststoff-Innovationen konzentriert sich darauf, die Materialeigenschaften weiter zu verbessern, die Kosten zu senken und die Nachhaltige Entwicklung zu fördern. Dabei werden neue Rohstoffquellen wie Algen und Reststoffe erforscht, um die Ressourceneffizienz zu steigern. Die Entwicklung von Bioraffinerien zur integrierten Produktion von Chemikalien, Materialien und Energie aus Biomasse wird vorangetrieben, um die Zukunftstechnologien im Bereich der Biokunststoffe voranzubringen.
Politische Initiativen zur Förderung biobasierter Produkte in der öffentlichen Beschaffung werden diskutiert, um den Einsatz von Biokunststoffen weiter zu stärken und die Nachfrage zu erhöhen. Durch gezielte Forschungsförderung und Investitionen soll die Wettbewerbsfähigkeit der Biokunststoffe gegenüber herkömmlichen Kunststoffen weiter verbessert werden.
Insgesamt zeigen sich vielversprechende Perspektiven für die Zukunft der Biokunststoffe. Mit der Weiterentwicklung von Materialeigenschaften, Herstellungsprozessen und Anwendungen können Biokunststoffe einen wichtigen Beitrag zur Schonung der Umwelt und zur Reduktion von Treibhausgasemissionen leisten.
