© supermimicry/iStockphoto

Science
05/04/2020

Grüne Verpackung aus Stärke statt Plastik

Wie ein heimisches Unternehmen biologisch abbaubare und robuste Verpackungen aus nachwachsenden Rohstoffen herstellt.

von Andreea Iosa

Spielzeug, Kleiderbügel, Schreibutensilien, sogar Fensterrahmen: Plastik ist überall. Und es wird mehr. Die Plastikproduktion hat sich seit Anfang der 1960er Jahre laut WWF um das Zwanzigfache erhöht. Während es 2017 fast 350 Millionen Tonnen im Jahr waren, soll sich die Menge in etwa 20 Jahren sogar noch verdoppeln. Fast 40 Prozent der Plastikherstellung fällt auf den Verpackungssektor. Die Menge an Müll – mit Plastik als größtes Sorgenkind – soll durch den Bevölkerungszuwachs und der steigenden Urbanisierung bis 2050 sogar um 70 Prozent zunehmen, wie die Weltbank berechnet hat.

Für die Umwelt ein Kampf. Denn der Kunststoff benötigt 450 Jahre, bis er sich zersetzt. Da er oftmals nicht adäquat gesammelt und entsorgt wird, verunreinigt er Gewässer und Ökosysteme über Jahrhunderte hinweg und gelangt in weiterer Folge als Mikroplastik in die Nahrungskette – eine Gefahr für Mensch und Tier.

Thermoplastische Stärke

Doch es geht auch umweltfreundlich. Das Unternehmen Agrana entwickelt im Rahmen des von der FFG geförderten Forschungsprojekts TREX biologisch abbaubare Verpackungen aus thermoplastischer Stärke aus Kartoffeln, Mais und Weizen. Zum Einsatz kommt die sogenannte Reaktivextrusion, ein kosteneffizientes Verfahren zur Stoffumwandlung.

Dabei wird die Stärke zu einem thermoplastischen Werkstoff in Form reißfesten Folien verarbeitet: „Die Stärke wird durch Zugabe biologisch abbaubarer und biobasierter Zusatzstoffe unter dem Einfluss von Druck, Scherung und Temperatur in einem Schritt modifiziert und plastifiziert“, sagt Barbara Fahrngruber, Polymer-Forschungsleiterin bei Agrana. Als Ausgangsstoff für die Herstellung dieses Biopolyesters werden Carbonsäuren und Diole eingesetzt. „Beide Grundbausteine können auf der Basis erneuerbarer Rohstoffe hergestellt werden“, sagt sie.

Komplette Zersetzung

Einer der wesentlichen Vorteile dieser Biokunststoffe: Sie sind unter Bedingungen, wie sie am Heimkompost herrschen, abbaubar – also auch bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen. Dabei werden sie durch Mikroorganismen zur Gänze zersetzt – Rückstände von Mikroplastik gibt es bei diesem Verfahren nicht. „Die Mehrfachnutzungsmöglichkeit dünner Kunststofftragetaschen, etwa für den Heimtransport von Lebensmitteln aus dem Supermarkt mit nachfolgender Verwendung als Biomüllbeutel, bringt zudem ökologische als auch praktische Vorteile“, erklärt die Fachfrau.

Alternativen

Im Verpackungssektor tun sich seit geraumer Zeit Alternativen für Plastik auf, die umweltfreundlich zu sein scheinen. Laut dem Umweltexperten Werner Hochreiter von der AK Wien sind etwa biologisch abbaubare Kunststoffe – nicht zu vergleichen mit Bioplastik – aber nicht immer das, was Konsumenten glauben. 
„Viele Verpackungshersteller schmücken sich mit dem Bio-Etikett, weil es sich dabei um biologisch abbaubare Kunststoffe handelt. Die bestehen aus Rohölen, werden aber mit umweltschädlichen Zusätzen angereichert, um den Abbau zu beschleunigen“, sagt er.

Aber auch Bioplastik, das aus nachwachsenden Rohstoffen besteht, ist nicht obligatorisch nachhaltig. „Ich kann Kunststoffe aus nachwachsenden Quellen herstellen, die aber nicht biologisch abbaubar sind. Umgekehrt kann ich aus fossilen Materialien Kunststoffe herstellen, die biologisch abbaubar sind. Chemisch-technologisch lässt sich hier sehr viel machen“, erklärt Christoph Streissler, Chemiker und AK-Umweltreferent.

Kreislaufwirtschaft

Eine wirklich umweltfreundliche Verpackungsindustrie brauche laut Werner Hochreiter Lösungen von der Wiege bis zur Bahre. So sei es sinnvoll, wenn etwa nach der Verarbeitung von natürlichen Rohstoffen zu Lebensmitteln aus den Kuppelprodukten, das sind zusätzlich zum Haupterzeugnis anfallende Nebenprodukte, Bioplastik erzeugt wird. „Wichtig ist aber jedenfalls die Frage, wo diese Rohstoffe herkommen. Stammen sie aus industrieller Landwirtschaft oder müssen sie dafür aus Argentinien importiert werden, ist das ebenfalls nicht umweltfreundlich“, sagt er.  

Jene, die bei Agrana zum Einsatz kommen, lassen sich nicht nur komplett zersetzen, sie stammen auch aus regionalem Anbau ohne Gentechnik. Im Sinne einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft entstehen als Nebenprodukte der Stärkeerzeugung zusätzlich Futter-und Düngemittel, die schließlich auch wieder in die landwirtschaftliche Produktion zurückfließen.

Wenn heißes Wasser Gifte ersetzt

Schutzanzüge für die Feuerwehr oder die Raumfahrt stellen hohe Anforderungen an das verwendete Material.  Bei der Herstellung dieser organischen Hochleistungsmaterialien entstehen oft giftige Substanzen, auch wenn das Endprodukt selbst nicht giftig ist. 

Lösungsmittel wie Dimethylformamid oder Polyphosphorsäure sind sowohl für Mensch als auch für die Umwelt schädlich. „Viele der herkömmlich verwendeten Lösungsmittel sind nachweislich krebserregend oder stehen zumindest im Verdacht, krebserregend zu sein“, sagt Miriam Unterlass von der Fakultät für technische Chemie der TU Wien

Heißes Wasser

Sie hat nun ein neues hydrothermales Syntheseverfahren entwickelt, das mit extrem hohem Druck (17 bar) und sehr hohen Temperaturen (200 Grad Celsius) arbeitet. Zum Einsatz kommt lediglich Wasser, sodass auf giftige Lösungsmittel verzichtet werden kann. „Unter diesen Hochdruck- und Hochtemperaturbedingungen ändern sich die Eigenschaften von Wasser drastisch“, so Unterlasser. Das ermögliche die Herstellung organischer Hochleistungskunststoffen in Verbindung mit erdölbasierten Chemikalie. Giftige Neben- oder Abfallprodukte entstehen nicht.

Weltraumanzüge

Mithilfe des innovativen Verfahrens konnten zwei neue Klassen von organischen Hochleistungskunststoffen erzeugt werden: Polybenzimidazole und Pyrronpolymere. „Industriell gesehen sind Polybenzimidazole aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften in Verbindung mit guter Verarbeitbarkeit und hohem Tragekomfort eines der am weitesten verbreiteten Fasermaterialien für verschiedene Schutzkleidung, z. B. in Feuerwehrbekleidung und Weltraumanzügen“, sagt die Forscherin. Pyrronpolymere könnten hingegen aufgrund ihrer elektrochemischen Eigenschaften künftig als Elektrodenmaterial für wässrige Batterien verwendet werden

Dieser Artikel entstand im Rahmen einer Kooperation zwischen futurezone und FFG.