Biologisch abbaubare Kunststoffe können biobasiert oder auf fossilen Brennstoffen basieren. In den letzten Jahren wurden neue Arten von Kunststoffen hergestellt, um das Problem der Kunststoffverschmutzung anzugehen, indem versucht wurde, die für ihren Abbau erforderliche Zeit zu verkürzen, insbesondere unter natürlichen Bedingungen. Allerdings haben nicht alle aktuellen biologisch abbaubaren Kunststoffe dieses Ziel erreicht.
Definition von biologisch abbaubaren Kunststoffen
Biologisch abbaubare Kunststoffe sind solche, die durch mikrobielle Einwirkung in einem angemessenen Zeitraum zu natürlichen Endprodukten wie Wasser und Kohlendioxid abgebaut werden können. Die zur vollständigen Zersetzung benötigte Zeit hängt vom Material, den Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Feuchtigkeit sowie dem Ort der Zersetzung ab, so das Biodegradable Products Institute (BPI, S. 2).
Kompostierbare Kunststoffe sind solche, die sich schnell biologisch abbauen und in Humus verwandeln, der nicht durch Metalle verunreinigt ist. Nicht alle biologisch abbaubaren Kunststoffe sind kompostierbar; Nur einige sind es.
Materialien müssen den ASTM-Spezifikationen D6400 oder D6868 entsprechen, um an Land als biologisch abbaubar und kompostierbar zu gelten, und den ASTM D7081-Spezifikationen für Meeresumgebungen entsprechen. ASTM ist eine weltweite Gruppe für Produktstandards.
Biobasierte Polyster-Kunststoffe, die biologisch abbaubar sind
Kunststoffe, die aus Pflanzen gewonnen werden, werden als biobasierte Kunststoffe bezeichnet. Nicht alle davon sind biologisch abbaubar; Beispielsweise gibt es biobasierte PET-Flaschen, die auf Langlebigkeit ausgelegt sind. Die biobasierten Kunststoffe, die biologisch abbaubar sind, bestehen aus zwei Materialien: Biomasse und aus Pflanzen gewonnenen Polyestern. Es gibt zwei Arten biobasierter Polyester: Polylactidsäure (PLA) und Polyhydroxyalkanoat (PHA).
Polyhydroxyalkanoat (PHA)
PHA wird auf natürliche Weise von Bakterien und gentechnisch veränderten Organismen (GVO) produziert, es gibt jedoch Pläne, die Produktion aus Lebensmittelabfällen zu versuchen. Polyhydroxybutyrat oder PHB ist ebenfalls eine weit verbreitete Art von PHA. PHAs sind teuer in der Herstellung, da aus Bakterien nur begrenzte Mengen hergestellt werden können.
- Verwendungen:PHAs werden als Lebensmittelverpackungen, Becher, Teller, Beschichtung für Papier und Pappe sowie für „viele medizinische Zwecke, einschließlich Nahtmaterial, Gaze und Beschichtungen für Medikamente“verwendet. laut einem Bericht des Center for Industry and Education Collaboration (CIEC-Bericht). Es kann die meisten der derzeit verwendeten großen Kunststoffarten auf Basis fossiler Brennstoffe wie PE, PS, PVC und PET ersetzen, betont Bio Based Press.
- PHA-gemischte Stärke-/Zellulose-Kunststoffe: Einige Kunststoffartikel bestehen vollständig aus PHA, wie im Fall von Wasserflaschen – Hinweise von Bio Based Press. Da die Herstellung von PHA jedoch teuer ist, wird es aus Gründen der Wirtschaftlichkeit auch mit Stärke und Zellulose vermischt. Dies hat laut dem Dartmouth Undergraduate Journal of Science (DUJS) den zusätzlichen Vorteil, dass die Zersetzungsrate verbessert wird.
- Biologischer Abbau: Es kann in Umgebungen, die reich an Mikroben und Pilzen sind, insbesondere im Boden, vollständig kompostierbar sein. Diese Mikroben bauen das PHA mithilfe von Enzymen ab. Die für den Abbau erforderliche Zeit hängt von der Konzentration der Mikroben in der Umgebung ab.
- PHA braucht laut Bio Based Press zwei Monate, um sich in Hinterhöfen zu zersetzen.
- Die Zersetzungsrate ist in Meeresgewässern viel langsamer, wo nach sechs Monaten weniger als 50 % abgebaut sind, fügt CalRecycle hinzu (S. 6). PHA bestand den ASTM D7081-Test mit einer Zersetzung von 30 % in sechs Monaten (S. 7).
Polylactidsäure (PLA)
Das DUJS erklärt, dass PLA ein Thermoplast ist, der durch Fermentation durch Bakterien hergestellt wird. PLA ist eigentlich eine lange Kette aus vielen Milchsäuremolekülen. Da es viele kostengünstige Möglichkeiten gibt, Milchsäure herzustellen, müssen diese lediglich polymerisiert oder verbunden werden. Daher ist PLA günstiger als PHA. Allerdings ist PLA spröde und seine Anwendung ist eingeschränkter als bei PHA. Hersteller umgehen dieses Problem durch den Einsatz von Zusatzstoffen oder Polymeren.
- Verwendung: Es wird zu Einkaufstüten, Lebensmittelverpackungen, Flaschen, Tassen und Tellern verarbeitet. Da es sich in Gegenwart von Säuren gut zersetzt, wird es in einigen medizinischen Anwendungen wie medizinischem Nahtmaterial und Platten verwendet, wo es sich nach 90 Tagen auflöst, heißt es im CIEC-Bericht. Es wird auch beim 3D-Druck von Objekten verwendet.
- PLA und Polymermischungen: PHA kann laut DUJS auch mit Polymeren aus erneuerbaren Quellen gemischt werden, um seine Eigenschaften zu verbessern.
- Biologischer Abbau: PLA kann im Hinterhof nicht einfach kompostiert werden, da in dieser Umgebung die erforderlichen Temperaturen und Wassermengen nicht vorhanden sind.
- Der Abbau von PLA im Boden kann sechs bis zwölf Monate dauern.
- Es dauert drei bis sechs Monate, bis PLA in kommerziellen Anlagen abgebaut wird, stellt World Centric fest.
- Wenn die Zersetzung in Gegenwart von Sauerstoff erfolgt, sind die Endprodukte Kohlendioxid und Wasser.
- Wenn der PLA-Abbau auf Mülldeponien ohne Sauerstoff stattfindet, entsteht Methangas, das 20-mal schädlicher für die Umwelt ist als Kohlendioxid, wie aus einer Pressemitteilung der American Chemical Society (S. 2) hervorgeht.
- PLA hat den ASTM D7081-Test nicht bestanden, da sich laut CalRecycle (S. 7) nur 3 % in Meeresgewässern nach sechs Monaten zersetzten.
Da sich PLA im Boden oder Meerwasser nicht schnell zersetzt, kann dies beim Wegwerfen zum Problem werden.
Biomassebasierte biologisch abbaubare Kunststoffe
Kunststoffe auf Biomassebasis werden aus Stärke und Zellulose hergestellt, die aus Ernterückständen sowie Holz von Bäumen gewonnen werden.
Celluloseacetat
Celluloseacetat (CA) ist ein synthetisches Produkt, das aus Cellulose gewonnen wird, die in jedem Teil einer Pflanze vorkommt. Laut einer wissenschaftlichen Veröffentlichung aus dem Jahr 2018 wird Zellulose derzeit aus Baumwolle, Holz und Ernteabfällen verwendet. Daraus können geformte feste Kunststoffe, Zigarettenfilter, Beschichtungen, Fotofilme und Filter hergestellt werden. Cellophan ist eine biologisch abbaubare Folie, die aus Zellulose hergestellt wird. Laut Phys.org gibt es laufende neue Forschungen, um neue Kunststofffolien aus Abfallpflanzen und Holzmaterial zu finden, die wasserbeständig und biologisch abbaubar sind.
Biologische Abbaubarkeit: Untersuchungen zeigen, dass CA nach 18 Monaten in der Natur abgebaut und um 70 % seines Gewichts reduziert wird.
Stärke
Ein Bericht aus dem Jahr 2017 stellt fest, dass Stärke mit Hitze, Wasser und Weichmachern behandelt wird, um einen Thermoplasten herzustellen. Zur Verbesserung der Festigkeit wird es mit Füllstoffen aus anderen Materialien kombiniert. Die Hauptquellen für Stärke sind Mais, Weizen, Kartoffeln und Maniok. Dieser Kunststoff wird in Verpackungen, Beuteln und landwirtschaftlichen Mulchfolien, Geschirr und Blumentöpfen verwendet und zur Herstellung von Verpackungen und Konsumgütern geformt. Laut Food Packaging Forum gilt es als Alternative zu Polystyrol (PS). Biobasierten und konventionellen Kunststoffen wird Stärke zugesetzt, um sie biologisch abbaubarer zu machen, heißt es in einem Phys-Bericht aus dem Jahr 2017.
Biologische Abbaubarkeit: Kunststoffe auf Stärkebasis können kompostierbar oder nur biologisch abbaubar sein. Kompostierbare Varianten benötigen 90 Tage, um in Industrieanlagen abgebaut zu werden, während die biologisch abbaubaren Varianten 100 Tage für den Abbau zu 46 % und bis zu zwei Jahre für den vollständigen Abbau benötigen.
Biologisch abbaubare Kunststoffe auf Basis fossiler Brennstoffe
Laut Bioplastics Guide gibt es einige neue Kunststoffe aus fossilen Brennstoffen, die auch biologisch abbaubar sein können. Die häufigsten sind Polybutylensuccinat (PBS), Polycaprolacton (PCL), Polybutyratadipatterephthalat (PBAT) und Polyvinylalkohol (PVOH/PVA).
- PBATist ein Polymer, das aus fossilen Brennstoffderivaten hergestellt wird und manchmal in Kombination mit Stärke verwendet wird. Es gibt Bestrebungen, dieses Polymer aus erneuerbaren Quellen herzustellen. Der Biokunststoffführer sieht darin einen Ersatz für LDPE und HDPE. Daraus werden Müllsäcke, Verpackungsfolien, Einwegverpackungen und Geschirr (Becher, Schüsseln etc.) hergestellt. Es ist nicht nur biologisch abbaubar, sondern auch kompostierbar.
- PCL ist ein synthetischer Polyester, der zur Herstellung kompostierbarer Beutel, in medizinischen Anwendungen (Nahtmaterial und Fasern), als Oberflächenbeschichtung, Klebstoff für Schuhe und Leder sowie als Versteifung für Schuhe usw. verwendet wird orthopädische Schienen. Dieser Kunststoff kann durch Hefen zersetzt werden. Mehr als 90 % der Folien und 40 % des Schaumstoffs aus diesem Material können innerhalb von 15 Tagen abgebaut werden.
- PBS ist ein Harz, das aus fossilen Brennstoffen hergestellt wird oder laut Succinity auch biobasiert sein kann (S. 1, 5). Zur Verbesserung der Qualität kann es mit anderen biobasierten Polymeren oder Fasern wie Jute kombiniert werden. PBS wird zur Herstellung von Lebensmittelverpackungen, Servicegeschirr, landwirtschaftlichen Mulchfolien, Blumentöpfen, Hygieneprodukten wie Windeln und Fischernetzen verwendet.
- PVOH ist ein Harz, das zur Herstellung von Verpackungsfolien verwendet werden kann, die LDPE und HDPE ersetzen können. Weitere wichtige Anwendungen sind laut Food Packaging Forum Beschichtungen und Zusatzstoffe für die Papier- und Kartonproduktion.
Alle vier auf fossilen Brennstoffen basierenden Kunststoffe werden laut InnProBio (S. 4) in drei Monaten bei der industriellen Kompostierung, in einem Jahr bei der Hinterhofkompostierung und in ein bis zwei Jahren im Boden/auf Deponien biologisch abgebaut.
Recycling und Kompostierung
Die Eigenschaften der verschiedenen biologisch abbaubaren Kunststoffe müssen im Auge beh alten werden, um sie am Ende ihres Lebenszyklus zu behandeln, warnt die Environmental Protection Agency (EPA).
- EPA erklärt, dass biologisch abbaubare Kunststoffe nicht in Mülleimer gegeben werden sollten, in denen herkömmliche Kunststoffe recycelt werden, da sie aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Dies gilt sowohl für die biobasierten als auch für die fossilen Brennstoffarten.
- Obwohl Kunststoffe als biologisch abbaubar und kompostierbar gekennzeichnet sind, können viele von ihnen nur unter den Bedingungen abgebaut werden, die in kommerziellen Kompostieranlagen herrschen. Wenden Sie sich an die örtlichen Recyclingbehörden, um Informationen zur nächstgelegenen Kompostanlage zu erh alten. Im Jahr 2017 gab es in den USA nur 200 solcher Einrichtungen, daher muss diese Art von Zentren erweitert werden.
- Bestätigen Sie, dass Beutel zu Hause kompostierbar sind, indem Sie die Produktanweisungen befolgen, bevor Sie sie in die Kompostbehälter geben.
- Die Rückgewinnung von Material aus biologisch abbaubaren Kunststoffen ist durch Recycling aufgrund fehlender Anlagen nicht möglich.
Eine effiziente Trennung, Sammlung und Abbau sind notwendig, um die Vorteile der biobasierten und biologisch abbaubaren Kunststoffe zu nutzen. Wenn es nicht vorhanden ist, landen die meisten biologisch abbaubaren Kunststoffe auf Mülldeponien.
Zukunft biologisch abbaubarer Kunststoffe
Die biologische Abbaubarkeit von Kunststoffen kann das Problem der Plastikverschmutzung nicht lösen, wenn sie nicht ordnungsgemäß entsorgt werden. Es ist auch weiterhin notwendig, dass sich das Verbraucherverh alten weiterhin auf die Reduzierung des Verbrauchs oder das Recycling von Kunststoffen konzentriert, um von der Umstellung von herkömmlichen Kunststoffen aus fossilen Brennstoffen auf biologisch abbaubare Kunststoffe zu profitieren.
