Biokunststoffe – eine Definition

Biokunststoffe sind Polymere, die als nachhaltige Werkstoffe aus organischen Substanzen gewonnen werden. Die verwendete Biomasse gehört zu der Gruppe der erneuerbaren Energien. Biokunststoffe sind nicht immer eindeutig definierbar. Die Einteilung erfolgt grob in drei große Gruppen, von denen sich nur eine auf die verwendeten Rohstoffe bezieht. Unterscheiden lassen sich:

  • Biobasierte Kunststoffe, die aus natürlichen und regenerierbaren Rohstoffen hergestellt sind.
  • Bioabbaubare Kunststoffe, die recyclingfähig bzw. biologisch abbaubar sind.
  • Biokompatible Kunststoffe, die keine gesundheitsschädlichen Auswirkungen auf den menschlichen oder tierischen Organismus haben.  

Biokunststoffe und ihr Nutzen für die Umwelt

Im Vergleich zu konventionellen Kunststoffen, deren Abbauprozesse oft Jahrzehnte dauern und die im Verfallsprozess häufig Gifte freisetzen, sind Biokunststoffe aus organischen Materialien in der Regel kompostierbar oder bauen sich in kurzer Zeit biologisch ab. Dies gilt allerdings auch für einige Kunststoffe, die konventionell hergestellt sind, sich aber trotzdem rückstandsfrei zersetzen. Deshalb lohnt ein Blick auf die Herstellungsprozesse. Pflanzenrohstoffe sind zunächst einmal klimaneutral. Allerdings muss die komplette Produktionskette betrachtet werden, um eine Aussage zur Ökobilanz treffen zu können. So sind zum Beispiel Biokunststoffe aus konventionell erzeugten Energiepflanzen mit einer ungünstigen Bilanz zu bewerten, da bei der Produktion der Ausgangsstoffe durch die starke Düngung eine große Menge an Distickstoffmonoxid (NO2) entsteht. Dieses Gas gehört zu den besonders klimaschädlichen Substanzen. Verschiedene Nachhaltigkeitsstandards verbessern die Gesamtbilanz und erhöhen den Klimanutzen. 


Biokunststoffe – die Materialien im Überblick

Aktuell werden verschiedene Arten von Biokunststoffen hergestellt und in immer mehr Anwendungsbereichen eingesetzt. Die einzelnen Werkstoffe unterscheiden sich dabei durch ihre Inhaltsstoffe wie auch durch den Herstellungsprozess: 

Biokunststoffe aus Stärke

Stärke gehört zu den wichtigsten nachwachsenden Rohstoffen nach Cellulose und wird aus Mais, Kartoffeln, Tapioka oder Weizen gewonnen. Thermoplastische Stärke ist durch Wärme umgebaute Stärke. Sie kommt für die Herstellung von Stärkeblends zum Einsatz. Das Produkt wird auf verschiedene Arten eingesetzt:

  • reine Stärke
  • Stärkederivat
  • Stärkeblends
  • Copolymere

Die Anwendung von Biokunststoffen aus Stärke ist vielfältig und steht beispielhaft auch für die übrigen Kunststoffe aus natürlichen Materialien:

  • Verpackungsmaterialien
  • Einweggeschirr und Lebensmittelverpackungen (im Catering)
  • Agrarwirtschaft und Gartenbau
  • Hygieneartikel
  • Medizin  

Polymilchsäure

Polymilchsäure besteht aus natürlicher Milchsäure. Als Rohstoff dienen vorwiegend aus Mais gewonnene Stärke oder in der Landwirtschaft vorkommende Abfallstoffe wie Molke. Entdeckt wurde der Stoff bereits in den 1930er Jahren. Die zu den Polyestern gehörenden Kunststoffe werden in allen Bereichen, in denen Kunststoffe eingesetzt werden, verwendet. PLA ist ebenso wie PET zu verarbeiten und verträgt Temperaturen bis etwa 50 Grad. Der Nachteil des Materials: Es kann nicht kompostiert, sondern lediglich thermisch zersetzt werden. Aufgrund seiner guten Hygieneeigenschaften kommen Implantate aus Polymilchsäure zum Einsatz. Das Material wird sogar zur Faltenunterspritzung im kosmetischen Bereich verwendet. 

Celluloseester

Cellulose gehört zu dem pflanzlichen Rohstoff, der sich schnell und ständig erneuert. Als einer der ersten Biokunststoffe wird Cellophan schon lange als Verpackungsmaterial eingesetzt und gilt als erstes Thermoplast. Weitere Stoffe aus dieser Gruppe sind Celluloid und Rayon. Cellulosseester sind aufgrund der Temperaturstabilität für die thermoplastische Verarbeitung geeignet und können mit verschiedenen Verfahren wie Spritzgießen, Extrudieren oder Warmformen verarbeitet werden. Die Celluloseester kommen zur Herstellung von Werkzeuggriffen, Hammerköpfen, Kämmen oder Brillengestellen zum Einsatz. 

Polyhydroxylalkanoate

Dieser Stoff wird von Bakterien als Reservestoff gebildet und kommt direkt in der Natur vor. Die biologisch abbaubaren Biopolymere werden industriell nachgeahmt und auf synthetische Weise hergestellt. Es entsteht ein Biokunststoff, der als Verpackungsmaterial für Lebensmittel und im medizinischen Bereich zum Einsatz kommt. In seinen Eigenschaften ähneln die Polyhydroxylalkanoate dem Kunststoff Polypropylen. Es ist feuchtebeständig und aromaisolierend und baut sich biologisch selbstständig ab. Der Marktanteil ist aktuell noch vergleichsweise gering, aber im Wachsen begriffen. 

Polycaprolacton

Der Biokunststoff Polycaprolacton wird aus Erdöl hergestellt, zählt jedoch aufgrund seiner biologischen Abbaubarkeit ebenfalls zur Gruppe der Biokunststoffe. Zum Einsatz kommt das Thermoplast in der Verpackungsindustrie und vielfach auch im medizinischen Bereich, zum Beispiel für Retard-Präparate (magensaftresistente Kapseln), Klebstoffe oder synthetische Wundverbände. Der Abbau des Werkstoffes erfolgt durch Mikro-Organismen im anaeroben Milieu. 


Biokunststoffe – unsere Zukunft?

Der große Themenkomplex der Nachhaltigkeit nimmt zunehmend einen hohen Stellenwert ein und viele Unternehmen versuchen, in diesen Bereichen eine Marktführung zu erreichen. Auch in den Förderlandschaften ist das Thema aktuell. Aufgrund dieser Entwicklung und auch durch den ständigen technischen Fortschritt werden Biokunststoffe aller Art immer mehr auf den Markt drängen. Kritisch ist allerdings die Frage nach der Bezeichnung zu bewerten. Wann ist ein Biokunststoff wirklich ökologisch und kann als nachhaltiger Werkstoff bezeichnet werden? Um dies festzustellen, reicht es nicht, dass die Inhaltsstoffe natürlichen Ursprungs sind. Die Ökobilanz der gesamten Produktzyklen muss stimmen – das gilt auch für die Verwertung bzw. Recyclingfähigkeit.