Kunststoff Biokunststofffolie aus PBS einfach extrudieren

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Fraunhofer-Institut für angewandte Polymerforschung

Murtfeldt Kunststoffe GmbH & Co. KG

GGB Heilbronn GmbH

Novotechnik Messwertaufnehmer OHG

Biokunststoffe wie PBS stellen zunehmend eine Alternative zu erdölbasierten Kunststoffen dar. Wie klassische Kunststoffe können auch Biokunststoffe sortiert, fraktioniert und recycelt werden. Gemeinsam mit der Firma Polifilm Extrusion GmbH hat das Fraunhofer IAP ein erstes marktfähiges Produkt entwickelt.

Ob beim Einkauf von Lebensmitteln, in der Kosmetik oder im Haushalt – Verpackungen aus Kunststoff kommen fast überall zum Einsatz. Sie sind leicht, vielseitig einsetzbar und günstig zu produzieren. Jedoch wird alles, was wir benutzen, irgendwann zu Abfall und da dieser nicht immer korrekt entsorgt wird, gelangt immer wieder Kunststoffmüll in die Umwelt.

Die Menge ist enorm: weltweit landen jedes Jahr sieben Millionen Tonnen Kunststoffmüll in der Umwelt. Das sind 400 beladene LKW jeden Tag. Diese riesige Menge Abfall verteilt sich in allen Lebensräumen unserer Erde und dort bleibt sie hunderte Jahre. So lange dauert es nämlich, bis sich normale Kunststoffe in der Umwelt zersetzen. Irgendwann im Laufe dieser langen Zeit gelangen sie in unsere Nahrung und sogar in unsere Atemluft.

Nur wenige Hersteller von Biokunststoffen weltweit

Um diese Probleme zu lösen werden Biokunststoffe erforscht. Dort wo es geht, sollen sie unsere bisherigen Kunststoffe ersetzen. Biokunststoffe müssen drei Kriterien erfüllen:

• 1. Herstellung aus nachwachsenden Rohstoffen

• 2. Nicht in Konkurrenz zur Produktion von Nahrungsmitteln

• 3. Schnelle Abbaufähigkeit in der Umwelt, so wie sich Holz allein in der Natur zersetzt

Warum werden erdölbasierte Kunststoffe nicht einfach durch Biokunststoffe ersetzt? Trotz des hohen Potenzials gibt es eine Reihe von Faktoren, die Firmen davon abhalten, ihre Produkte aus Biokunststoffen herzustellen: Weltweit gibt es nur wenige Hersteller, die Biokunststoffe auf dem Markt anbieten. Für Kunststoffverarbeiter verursacht das Probleme bei der Versorgungssicherheit und höhere Kosten, zudem besteht eine zu geringe Auswahl an verschiedenen Typen von Biokunststoffen, um die Vielzahl möglicher Anwendungen zu realisieren. Außerdem gibt es technischen Verbesserungsbedarf und oft ist unklar, für welche spezifischen Anwendungen sich Biokunststoffe eignen. Schließlich werden Biokunststoffe aktuell häufig aus Zuckerrohr und Mais hergestellt – also potenziellen Nahrungs- oder Futtermitteln, was eine „Tank-oder-Teller“-Diskussion aufbringen könnte.

Anteil an Biokunststoffen liegt weltweit unter einem Prozent

Ein mögliches Material für einen Biokunststoff ist Polybutylensuccinat – kurz PBS. Es wird aus zwei Bestandteilen hergestellt: Bernsteinsäure und Butandiol. Beide können durch Fermentation aus pflanzlicher Cellulose gewonnen werden. Wenn PBS versehentlich in die Natur gelangt, bietet es den großen Vorteil, dass es sich innerhalb weniger Jahre von alleine abbaut, ganz ähnlich wie es Holz tut. Auch heute werden Produkte aus PBS hergestellt, z. B. Abfallbeutel oder Einweg-Artikel. Der Anteil an Biokunststoffen an der weltweiten Kunststoffproduktion ist allerdings noch kleiner als ein Prozent. Damit diese Menge größer wird, müssen Biokunststoffe die gleichen Anforderungen erfüllen wie herkömmliche Kunststoffe auch.

Neue PBS-Typen mit einer breiten Palette an Verfahren verarbeiten

Experten vom Fraunhofer Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP) gehen diese Hürden gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie im vom BMBF geförderten Projekt „Regionales unternehmerisches Bündnis zum Aufbau von Wertschöpfungsketten für technische Biokunststoffe in Mitteldeutschland“ (Rubio) an.

Dipl.-Ing. Thomas Büsse, der bei Rubio das Verbundprojekt „Verarbeitung“ koordiniert und das Verarbeitungstechnikum Biopolymere Schwarzheide in Brandenburg des Fraunhofer IAP leitet, erklärt: „Je nach Anwendung bzw. Verarbeitungsverfahren muss der eingesetzte Kunststoff hart oder weich, vielleicht auch zähfließend oder dünnflüssig sein. Bisher gibt es auf dem Markt aber nur drei PBS-Typen, und diese eignen sich lediglich für eine eingeschränkte Zahl an Verarbeitungsverfahren und Anwendungen.“ Daher entwickelt das Team der Abteilung „Polymersynthese“ von Dr. Antje Lieske am Fraunhofer IAP in Potsdam, Brandenburg, neue Typen von PBS, die mit einer deutlich breiteren Palette an Verfahren verarbeitet werden können – vom Blasformen bis zum Spritzgießen. Somit vergrößert das Forschungsteam auch das Portfolio an möglichen Anwendungen.

Verarbeitung auf Extrusionsanlagen: PBS-Folie für Versandtaschen

Einen ersten Erfolg kann das Fraunhofer IAP im Rahmen des Rubio-Projekts gemeinsam mit der Firma Polifilm Extrusion GmbH verzeichnen. Das deutsche Unternehmen produziert am Standort Weißandt-Gölzau in Sachsen-Anhalt auf über 80 Extrusionsanlagen Kunststofffolien für unterschiedliche Anwendungen in der Verpackungs-, der Bau-, Agrar- und Automobilbranche und anderen Bereichen.

Die Partner haben eine PBS-Folie entwickelt, die für Versandtaschen eingesetzt werden kann. „Diese Kooperation ist ein wichtiger Schritt in Richtung Nachhaltigkeit und ermöglicht uns, Produkte anzubieten, die aus regionalen Reststoffen hergestellt wurden, die recyclingfähig und bei Verlust in die Umwelt biologisch abbaubar sind. Ein weiterer Vorteil ist die Verarbeitung auf gängigen Extrusionsanlagen, wodurch dem Siegeszug der PBS-Materialien nichts mehr entgegensteht“, erklärt Tobias Otto, Projektmanager R&D bei Polifilm Extrusion.

Biokunststoff aus regionalen pflanzlichen Reststoffen

Bis jetzt basiert der Biokunststoff der PBS-Folie noch nicht auf regionalen Rohstoffen: Pflanzliche Reststoffe aus der Region werden künftig der Rohstoff sein. „Grundsätzlich können alle Materialien verwertet werden, die Cellulose oder Lignocellulose enthalten. Dazu zählen u. a. nicht verrottende Gärreste aus Biogasanlagen, in vielfältiger Form anfallende Reste aus landwirtschaftlichen Betrieben oder theoretisch sogar Abfälle aus der Papierproduktion“, erklärt Thomas Büsse.

Idealerweise hat die Verwendung regionaler Reststoffe langfristig einen weiteren Vorteil: Kürzere Transportwege können zu geringeren Preisen und zu mehr Nachhaltigkeit der produzierten Kunststoffprodukte führen.

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