„Wenn nicht in allen Bereichen schnell gehandelt wird, ist der weltweite Klimawandel nicht mehr zu stoppen. Zu einer massiven CO2-Reduktion kann vor allem auch die Kunststofftechnik mit neuen, biobasierten Werkstoffen und innovativen Verarbeitungstechnologien beitragen“, prognostiziert Prof. Dr. Helmut Maurer, Generaldirektor Umwelt der Europäischen Kommission. Solche Weckrufe, wie dieser von Prof. Maurer, schallen uns immer häufiger und immer lauter entgegen. Da ist es gut zu wissen, dass in dem oben angesprochenen Bereich – wie in immer mehr klimarelevanten Bereichen – an nachhaltigen Lösungen geforscht und gearbeitet wird. Dazu gehören zwei Projekte, die sich aktuell mit dem Thema „Biobasierte Kunststoffe“ befassen.

Partner für neues Innovationsnetzwerk MaBiPro gesucht

Die Akteure des ersten Projekts sind in Schwaben beheimatet, in einer Region also, die bekanntlich weniger für feines Hochdeutsch als für große Innovationskraft steht. Die Hochschule Aalen und die benachbarte Ellwanger Innovationsberatung EurA AG stellen sich dort gemeinsam der Aufgabe, Kunststofferzeugnisse zukünftig nachhaltig produzieren zu lassen. Zu diesem Zweck soll noch in diesem Jahr ein bundesweites Innovationsnetzwerk namens „MaBiPro – Marktfähige Biokunststoffe und Produkte“ ins Leben gerufen werden, für das derzeit weitere für das Projekt geeignete Partner aus Industrie und Wissenschaft gesucht werden. Zur Umsetzung von Kooperationsvorhaben zwischen der Hochschule und Industriepartnern sollen zudem Fördermittel des neuen Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV) beantragt werden, ebenso für die Netzwerkkoordination.

Ökologisch und ökonomisch attraktiv

Das eigentliche Ziel des Technologienetzwerkes ist es, Kunststoffe und ihre Anwendung nicht nur umweltfreundlicher und nachhaltiger, sondern diese dann auch wirtschaftlich interessanter zu machen – als Teil einer „Plastik(müll)reduktionsstrategie“. Die in Frage kommenden Anwendungen und Nutzungsmöglichkeiten von biobasierten oder zumindest biologisch abbaubaren Kunststoffen, inklusive deren Recyclaten, sollen also deutlich vielfältiger und preislich attraktiver werden.

Reproduzierbar und standardisierbar

„Die Kunststofftechnik sollte in Zukunft in Rohstoffkreisläufen denken“, fordert deshalb Prof. Dr. Walcher, seit 2014 Dekan des Studiengangs Kunststofftechnik in der Fakultät Maschinenbau und Werkstofftechnik der Hochschule Aalen, und fügt einen Lösungsvorschlag hinzu: „Unser lineares Denken in der Produktentwicklung von der Wiege zur Bahre muss geändert werden. Produkte müssen Rohstoffe für neue Produkte werden. Unser Planet hat genügend Energie, die von der Sonne geliefert wird. Allerdings ist die Materialbasis begrenzt. Kompostierbare Biopolymere sollten in einer Biosphäre zirkulieren und neue Nährstoffe für Pflanzen werden. Kunststoffe aus fossiler Basis sollten in einer Technosphäre in einem separaten Kreislauf zirkulieren und Rohstoffe für neue fossile Produkte sein. Polymere Werkstoffe sind zu wertvoll, um sie nach Gebrauch zu deponieren oder zu verbrennen. Alle Materialentwicklungen und Produktionsverfahren sollen dann auf diese angezielten Produkte und deren Weiterverwendung hin ausgerichtet sein.“ Doch die Steigerung der Akzeptanz von Bio-Kunststoffen und Recyclaten gelinge nur, „wenn sichergestellt werden kann, dass die Materialien, Prozesse und Herstellverfahren reproduzierbar und standardisierbar werden. Denn die technischen Eigenschaften von solchen neuen Materialien sind bisher oft unzureichend bekannt.“

Unterstützung dringend erbeten

Als aktuelle Ansprechpartner und auch als Zielgruppe für die zukünftigen Errungenschaften des MaBiPro sieht Netzwerkmanagerin Marie Wasiak vor allem Spritzgießer, Kunststoffverarbeiter, Werkzeugbauer, Kunststoffproduzenten, Servicedienstleister und Forschungseinrichtungen. „Diese Technologiebereiche sollen dazu beitragen, interdisziplinäre Lösungen durch die Kopplung von Kompetenzen im Bereich Messsysteme, Werkstoff- und Materialentwicklung, Maschinen- und Anlagentechnik zu entwickeln. Weitere Innovative Ideen und Forschungsthemen sowie zusätzliche Netzwerkpartner sind uns gerne willkommen.”

Im Westen was Neues?

Neben der Hochschule Aalen und ihren Mitstreitern widmet sich aber noch eine weitere Lehr- und Forschungsanstalt dem Thema biobasierte Kunststoffe. Knapp 150 Kilometer westlich der schwäbischen Alb, genauer gesagt in der Pfalz, noch genauer in Pirmasens, ist man sogar schon einen Schritt weiter. Denn dort ist gerade ein großes EU-Forschungsprojekt angelaufen – soll heißen, die Fördergelder sind bereits bewilligt. Knapp eine Million Euro entfallen auf die Hochschule Kaiserslautern, der „Hausherrin“ der Pirmasenser Dependance. Insgesamt schwimmen immerhin 13 Partner aus sechs Ländern im europäischen Forschungspool. Das angestrebte Ziel klingt vertraut: Prof. Dr. Gregor Grun und sein Team wollen mit ihrer Forschung polymere Werkstoffe nachhaltiger gestalten und damit ihren CO2-Fußabdruck verringern. Von diesem Ansinnen abgeleitet ist auch der Name des Projekts „Waste2BioComp“: „Es sollen Reststoffe (Waste), zum Beispiel Agrarreststoffe oder Reststoffe aus dem chemischen Recycling, in biobasierte Materialien (to Bio) umgewandelt werden. Dabei werden Composites (Comp) als Werkstoffe verstanden, die auf den biobasierten Polymeren und zusätzlichen Additiven aufgebaut sind“, so Prof. Grun.

„Anerzogene“ elastomere Eigenschaften

Doch nicht nur die Fördergelder betreffend scheinen die Pfälzer ihren schwäbischen Kollegen einen kleinen Schritt voraus, zumindest lassen die konkreteren Aussagen über das „Wie“ der Umsetzung darauf schließen. Nach eigener Aussage beschäftigen sich die Forscher in Pirmasens – neben Prof. Grun sind das Prof. Dr. Sergiy Grishchuk, Prof. Dr. Jörg Sebastian und Dr. Michael Lakatos – mit der chemischen und biotechnologischen Synthese von biobasierten und bioabbaubaren Polyhydroxyalkanoaten (PHA). Wie jeder engagierte Klimaretter wissen dürfte beziehungsweise wissen sollte, sind das natürlich vorkommende wasserunlösliche bioabbaubare Biopolyester, die von vielen Bakterien als Reservestoffe für Kohlenstoff und Energie gebildet werden. Durch die genannten Syntheseschritte sollen den ursprünglich kristallinen Kunststoffen elastomere Eigenschaften „anerzogen“ werden, um sie auch für flexible Produkte wie Schuhsohlen, OP-Masken oder Verpackungen verwenden zu können. Um nicht in die falsche Richtung zu entwickeln, werden nicht nur alle neu erzeugten Werkstoffe, sondern auch die darauf basierenden Produkte und die dafür entwickelten Fertigungstechnologien bis hin zum Recycling mit Nachhaltigkeitsanalysen beurteilt und wenn nötig ihre Umweltverträglichkeit optimiert.

Und was macht man dann damit?

Insbesondere die begleitende Enzwicklung spezieller Fertigungsverfahren zeigt auf, in welche Bereiche die Umstellung auf biobasierte Kunststoffe vorzudringen gedenkt. Da ist die Rede von Tintenstrahldruckern, die mit neuen biobasierten Tinten Textilien und Leder bedrucken. Mittels Elektrospinning sollen feinste bioabbaubare Fasern aus PHA erzeugt werden und chemische Schäumverfahren, basierend auf unbedenklichen Treibmitteln, lassen Schuhsohlen entstehen. „Alle Verfahren“, so Grun, „sind mehr oder weniger Neuland.“

Neue Bedingungen verbessern Vermarktungschancen

Noch sind Biopolymere grundsätzlich teurer als Erdölprodukte, doch der Kunststoffmarkt ist im Wandel. War er aufgrund günstiger Rohstoffpreise und standardisierter Produktion in meist Billiglohnländern bisher stark preisgetrieben, ändern sich die Bedingungen derzeit. Vor allem die immer tiefer ins kollektive Bewusstsein dringende Plastikmüll-Problematik sorgt für gesellschaftlichen und politischen Druck. Hinzu kommt die ebenfalls nicht mehr wegzudiskutierende Klimaschädlichkeit. Aktuell beträgt der Anteil an biobasierten Kunststoffen an der weltweiten Produktion weniger als ein Prozent, allein das zeigt das enorme Potenzial für dieses Marktsegment bei zunehmend besseren Rahmenbedingungen. So liefert allein schon die geplante Erhöhung der Recyclingquote für Plastik in Deutschland von derzeit 46,4 Prozent auf über 60 Prozent gute Argumente, um nachhaltige Alternativen zu herkömmlichen erdölbasierten Produkten zu etablieren.

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