Biowerkstoff

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Biowerkstoffe

Nicht nur ein wachsendes Umweltbewusstsein, sondern auch die stetig steigenden Rohölpreise sorgen dafür, dass auch die Kunststoffindustrie längst ein Auge auf Werkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffe geworfen hat. Die Ausgangslage für die Biowerkstoffe ist gut. Denn dank intensiver Forschungsarbeiten lassen sie sich industriell vielfach bereits problemlos verarbeiten. Biokunststoffe und Naturfaserverstärkte Kunststoffe bestechen außerdem mit besonderen Qualitäten.

Auf den folgenden Seiten erfahren Sie, wie Biowerkstoffe hergestellt werden, welche Produkte es gibt und mit welchen Eigenschaften sie punkten können. Auch Rahmenbedingungen und Perspektiven werden aufgezeigt.

Da die Forschung für die weitere Entwicklung nach wie vor sehr wichtig ist, fördert die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) zahlreiche Projekte zu Biowerkstoffen, über die Sie sich in unserer Projektdatenbank informieren können.

Einführung

Der Begriff "Biokunststoff" ist nicht geschützt und wird daher nicht einheitlich verwendet.

Für diese Internetseiten (FNR) gilt folgende Definition: Als Biokunststoffe werden Kunststoffe bezeichnet, die überwiegend aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden. Bei Biokunststoffen kann es sich um biologisch abbaubare oder um dauerhafte Kunststoffe handeln.

Die meisten Produkte aus Kunststoff bestehen nicht aus einem reinen Kunststoff, sondern aus sogenannten Blends, Mischungen aus verschiedenen Kunststoff-Typen. Damit kann ein Produkt z.B. zu 70% aus Biokunststoff bestehen, während es sich bei den verbleibenden 30% um einen konventionellen Kunststoff auf Mineralölbasis handelt.

Biokunststoffe können die bisher verwendeten mineralölbasierten Kunststoffe in vielen Anwendungen ersetzen. Kreative Wissenschaftler und Technologen passen sie derzeit nicht nur konventionellen Maschinen an, sondern erschließen außerdem neue Verwendungsmöglichkeiten. So bestehen viele Verpackungen, Einweggeschirr oder Blumentöpfe bereits heute zu einem hohen Anteil aus Biokunststoffen. Aber auch andere typische Kunststoff-Artikel, wie Handys, Kunststoff-Gehäuse von Elektrogeräten, Gefäße für Kosmetik-Artikel, können heute schon aus Biokunststoff produziert werden.

Je nach Erfordernis garantieren einige Biokunststoffe eine lange Gebrauchsdauer, andere sind biologisch abbaubar und zerfallen in natürlich vorkommende, ungiftige Ausgangsprodukte. Mikroorganismen wie Pilze, Bakterien und Enzyme sorgen dafür, dass nur noch Wasser, Kohlendioxid und Biomasse übrig bleiben, die von der Natur weiter verwertet werden. Egal, ob Biokunststoffe nach Gebrauch in die Biogasanlage wandern, thermisch verwertet oder kompostiert werden: Aus Pflanzen gewonnene Kunststoffe setzen nach ihrem Gebrauch nur das CO2 frei, das die Pflanzen während ihrer Wachstumsphase aus der Atmosphäre entnommen haben.

Im Gegensatz zu fossilen Rohstoffen sind sie also weitgehend CO2- neutral, und Stoff- und Energiekreislauf sind geschlossen. Besonders nachhaltig sind Biokunststoffe, wenn sie in Nutzungskaskaden eingebunden werden und am Ende ihrer stofflichen Verwendung eine thermische Nutzung steht. Damit sorgen sie zusätzlich noch für klimaneutrale Energie.

Biokunststoffe haben aber nicht nur ökologische Vorteile. Sie helfen außerdem, fossile Rohstoffe zu schonen und verringern unsere Abhängigkeit vom Erdöl: Eine Chance, die wir in Zeiten ständig steigender Preise fossiler Rohstoffe auch aus wirtschaftlichen Gründen nicht außer Acht lassen sollten.

Geschichtliche Entwicklung

Biokunststoffe spielten in den Anfängen der Kunststoffgeschichte eine wichtige Rolle, wurden doch die ersten Massenkunststoffe bereits durch chemische Umwandlung von Naturstoffen gewonnen.

1869 eröffneten die Gebrüder Hyatt (USA) ihre erste Fabrik zur Herstellung von Celluloid, einem thermoplastischen Kunststoff. Damit begann das Zeitalter der Kunststoffe. Ein Preisausschreiben gab damals den legendären Anstoß für die Entwicklung eines Kunststoffes, der das teure Elfenbein in den Billardkugeln ersetzen sollte. Celluloid aus Cellulose – einem Holzbestandteil – und Kampfer machten das Rennen und wurden rasch auch für Filme, dekorative Manufakturware, Brillengestelle, Kämme, Tischtennisbälle und andere Produkte verwendet. Moderne Thermoplaste haben das leicht entflammbare Material heute jedoch fast völlig verdrängt.

Etwa 1923 setzte die Massenproduktion von Zellglas ein, einem weiteren Kunststoff aus nachwachsenden Rohstoffen. Die Herstellung der glasklaren und knisternden Zellglasfolien ist jedoch teuer und daher stark rückläufig. Die ersten Kunststoffe gerieten im Laufe der weiteren Entwicklung bald ins Hintertreffen; fossile Rohstoffe rückten in den Mittelpunkt des Interesses. Die Forschungen in der organischen Chemie führten zur Entdeckung von Bakelite (1907), Acrylglas (besser bekannt als Plexiglas, 1930), dann Nylon, Perlon, Polystyrol und Teflon (1930 – 1950).

Schließlich gelang ab 1956 die großtechnische Herstellung der heutigen Standardkunststoffe Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP). Mit der industriellen Herstellung von Kunststoffen entwickelten sich im Lauf der Jahre vielfältige Verfahrenstechniken zu ihrer Verarbeitung. Erst ab 1980 setzen Forschung und Entwicklung von Biokunststoffen wieder ein. Der Kunststoffmarkt

224 Mio. Tonnen Kunststoffe wurden im Jahr 2004 weltweit verbraucht, mehr als doppelt soviel wie zehn Jahre zuvor. Für 2010 prognostizieren Experten einen Bedarf von 260 Mio. Tonnen. Der Kunststoffmarkt ist also ein echter Massenmarkt, an dem Europa mit fast einem Viertel einen erheblichen Anteil hat. Für derzeit 17,5 Mio. Tonnen oder gut acht Prozent sind deutsche Verbraucher verantwortlich. Allein die Verpackungsindustrie benötigt ein Viertel der als Granulat gehandelten Kunststoffe: in Europa sind es 9 Mio. Tonnen, in Deutschland 3 Mio. Tonnen. Nicht nur die Rohstoffherstellung (60.000 Beschäftigte) und -verarbeitung (290.000 Beschäftigte), sondern auch der Kunststoffmaschinen- und -anlagenbau binden zahlreiche Arbeitskräfte. Verarbeitet werden vor allem PE (Polyethylen), PS (Polystyrol), PP (Polypropylen) und PVC (Polyvinylchlorid).

Entwicklung und Prognose des Kunststoffverbrauchs
(Quelle: FNR - www.biowerkstoffe.info

Da die dafür erforderlichen Chemierohstoffe wie Ethylen, Propylen und Styrol aus Erdöl und Erdgas gewonnen werden, sind sie den damit verbundenen Preisschwankungen unterworfen. Pro Tonne PE, PS, PP oder PVC zahlt die Industrie heute rund 1.000 bis 1.500 Euro. Wer alternativ auf Biokunststoffe zurückgreifen will, muss deutlich tiefer in die Tasche greifen: Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen kosten etwa zwei- bis viermal soviel wie Standardkunststoffe. Denn erst seit wenigen Jahren arbeitet die Forschung daran, Kunststoffe aus Stärke, Cellulose oder Zucker herzustellen. Und die Entwicklung neuer Verfahren und Materialien kostet viel Zeit und Geld. Zudem werden Biokunststoffe bisher noch in sehr kleinen Mengen hergestellt, was ihre Produktion verhältnismäßig kostspielig macht. Am gesamten weltweiten Kunststoffmarkt ist ihr Anteil mit rund 250.000 Tonnen pro Jahr verschwindend gering.


Biowerkstoffe lassen sich unterscheiden in


Quelle

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