VERPACKEN-AKTUELL

Bioplastics mit breiterer Rohstoffbasis

08. Dezember 2010, von Susanna Stock

Ganz neu in den Markt kommt im Januar ein Korrektur-Roller der Marke Pritt (ECOmfort) von Henkel, dessen Gehäuse aus PLA gefertigt wird.

Quelle: Nature Works

Am 1. und 2. Dezember 2010 fanden sich die Teilnehmer der 5. Bioplastics Conference in Düsseldorf zusammen (gut 350 Personen), für zwei Tage standen die aktuellen Entwicklungen technischer wie auch wirtschaftlicher Art der biobasierten Kunststoffe im Fokus. Der Verband European Bioplastics hat ein breit angelegtes Programm zusammengestellt, in dem Referenten u.a. darlegten, dass die Bioplastics schon einige technische Hürden für anspruchsvollere Anwendungsgebiete nehmen können. verpacken-aktuell.de nimmt die Konferenz zum Anlass, einige Marktbeobachter nach aktuellen Entwicklungen zu fragen. Dabei geht es unter anderem um die Aspekte: In welchem Verhältnis stehen Nachfrage und reale Verfügbarkeit der Materialien derzeit? Und wie ist es um den Kenntnisstand über die Einsatzmöglichkeiten von PLA und Co. in den nachfragenden Branchen bestellt?

Helmut Spaeter, InnoNet Partner:

Helmut Spaeter, InnoNet Partner

Quelle: Helmut Spaeter

Nach Aussage von mehreren Herstellern gibt es keine Probleme bei der Verfügbarkeit von PLA als Rohstoff. Derzeit scheint die Nachfrage nicht so groß zu sein, wie es einmal erwartet wurde. Durch die neuen, ca. 4'000 to Jahreskapazität in Europa sollte es keinen Engpass bei PLA-Folien geben. Eine Einschränkung ist bezüglich des Angebots bei 20 my biaxial orientierten PLA-Folien zu machen: Hier baut sich zunehmend ein Bedarf auf, der nicht gedeckt zu sein scheint. Mit Blick auf die Erwartungshaltungen und den Kenntnisstand in den nachfragenden Branchen ist es wesentlich "ruhiger" geworden, wobei nach wie vor die Nachfrage da ist. Aber doch nicht mehr mit dem "lauten Getöse" wie vor ein oder zwei Jahren.

Bezüglich weiterer Entwicklungen sind flexiblere und "leisere" PLA-Folien ein Thema und die weitere Ausdehnung der technischen Eigenschaften der Materialien; z.B. PLA-Folien mit besserer Barriere oder höherer Temperaturbeständigkeit.

Dr. Rupert Schnell, Head Corporate R & D RENOLIT AG, Worms:

Dr. Rupert Schnell, Head Corportate R&D Renolit AG

Quelle: Renolit AG

Die RENOLIT AG ist den neuen Materialien gegenüber aufgeschlossen. Wir halten engen Kontakt zu den Anbietern und entwickeln gemeinsam mit Kunden Systemlösungen, die für spezifische Prozessketten sehr gut funktionieren. Ein Beispiel dafür ist eine einschichtige Folie aus biobasiertem und bioabbaubarem Polymer für Büroartikel. Hier konnten wir Optik, Haptik und Prozessierbarkeit an die hohen Bedürfnisse des Marktes anpassen.

Innerhalb unserer Gruppe testen wir mit viel versprechenden Ergebnissen verschiedene Hilfsstoffe für andere Polymertypen auf Basis nachwachsender Rohstoffe. Die bislang zur Verfügung stehenden nachwachsenden Rohstoffe können jedoch noch nicht alle Anforderungen erfüllen. Ein Beispiel hierfür sind die hohen Qualitätsansprüche der Converter im Hinblick auf mechanische Eigenschaften, Siegelnahtfestigkeit oder Sterilisationsbeständigkeit. In diesen Punkten erreichen nachwachsende Rohstoffe noch nicht das Niveau von Polypropylen-Materialien. Auch die Kosteneffizienz ist unserer Ansicht nach bei den nachwachsenden Rohstoffen noch nicht befriedigend.

Insgesamt sehen wir die fachliche und öffentliche Diskussion um diese Materialien, ihren Einfluss auf Umwelt- und Lebensbedingungen über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg sowie die Versuche zu ganzheitlichen Bilanzierungen und die Frage des Managements der Recyclingströme noch in einem sehr frühen Stadium. Daher treibt unser Unternehmen die Diskussion in den Verbänden auch aktiv voran.

Jan Switten, Switten Consult und InnoNet Partner:

Jan Switten, langjähriger Begleiter der Kunststoffindustrie und als selbständiger Berater den nachwachsenden Rohstoffen sehr verbundener Experte und Mitglied der InnoNet Partners.

Quelle: Jan Switten

In den letzten Jahren konnten wir mit Blick auf Biomaterialien einen deutlichen Wandel feststellen: Sowohl Entwicklungsaktivitäten als auch der Einsatz der Rohstoffe sind deutlich beschleunigt worden.

Waren noch vor fünf Jahren alle Akzente auf die Bioabbaubarkeit oder Kompostierbarkeit gesetzt, so gilt heute mehr die Nachhaltigkeit als maßgebendes Kriterium. Wenn es um die Erstellung der CO₂-Bilanz geht, dann sind die Faktoren Rezyklierung, Verbrennung mit Energie-Rückgewinnung und Kompostierbarkeit in Wettbewerb getreten.

Die Folge ist, dass eine ganze Reihe neuer Materialen aus nachwachsenden Rohstoffen als Basismaterial für Verpackungsanwendungen in Frage kommen. Als Beispiel für eine erste Lösung, die Nachhaltigkeit zu verbesseren, sei die Errichtung einer Ethylenanlage für 200.000 jato auf Zuckerrohr basierendem PE und ab ca. 2012 weitere 30.000 jato PP (Braskem Brasilien) erwähnt. Neue Anlagen auf Basis dieser Technologie sind in Vorbereitung¹.

Ein anderer Aspekt sind die Eigenschaften der Biomaterialen, die für viele Anwendungen nicht den gewünschten Anforderungen entsprechen. In die Verpackungsindustrie ist der Kenntnisstand über diese Materialen in den letzten Jahren sehr stark gewachsen: Produkte werden verbessert und neu entwickelt, mit zweistelligem Wachstum als Folge. So vermarktet Novamont seine zweite Generation Mater-Bi mit deutlich verbesserten mechanischen, optischen Eigenschaften und Verarbeitungsparametern. Auch rein Stärke-basierte Materialen werden diesbezüglich für immer mehr Anwendungen angepasst (Beispiel Biotec, Biop, Roquette, cereplast, vegeplast, uzw…).

Mit der Inbetriebnahme neuer Kapazitäten für PLA in USA und Asien sowie in Kürze auch in Europa werden große Anstrengungen unternommen, die thermischen und mechanischen Eigenschaften des PLA zu verbessern. Entstehende Joint Ventures zwischen Purac und Arkema, Nature Works und Tejin u.a. sollen auch mehrwegfähige Materialien zum Ergebnis haben.

Die Herstellung von Polymilchsäure (Polylactic Acit - PLA).

Quelle: Huhtamaki-Präsentation

Besonders vielversprechend eingeschätzt werden wegen ihrer mechanischen und thermischen Eigenschaften (die Polyester gleichen) sowie ihrer Modifizierungsmöglichkeiten die Polyhydroxyalkanoate. Die PHA entstehen aus bakterieller Fermentation von landwirtschaftlichen Abfällen oder Algen. Kommerziell verfügbare Kapazitäten werden schon seit diesem Jahr ( 2010) zur Verfügung gestellt durch die Firmen Telles (USA) und Tianjin (China), beide sind auch in Europa schon mit Adressen vertreten. Verschiedene europäische Firmen recherchieren weitere Möglichkeiten, diese Materialen zu vermarkten.

Die LCA (Lebenszyklusanalyse) für PLA nach Berechnungen von NatureWorks für PLA und Plastics Europe für Nylon, PET, PE, PP und PC.

Quelle: Huhtamaki-Präsentation

Darüber hinaus sind seit Kurzem weitere Materialien auf Basis nachwachsender Rohstoffe in den Markt gekommen ( von DuPont, Bayer, BASF, Ems, Evonik, Arkema, usw.). Hier wird immer das Ziel der Nachhaltigkeit in Verbindung mit den geforderten Eigenschaften für die Anwendungsgebiete Verpackung, Automobil und Technik verfolgt². Auch Gemische von Rohstoffen aus nachwachsenden Materialien mit solchen auf Basis fossiler Rohstoffe werden beachtet . So ist eine ganze Reihe Hilfsmittel und Basisstoffe entstanden, mit deren Hilfe die Eigenschaften der Endprodukte gesteuert werden können.

Die Seifenverpackung ist eine Mehrschichtfolie aus Bio-Flex*+®+* F 2110 / A 4100 CL / F 2110.

Quelle: FKuR

Bioabbaubar gemäß den Richtlinien (EN13432) oder nicht: Zum Beispiel das Unternehmen FKuR hat sich mit Compounds und Gemischen diesbezüglich einen Namen erworben. Auch Zusatzstoffe wie Farbbatches, Pigmente oder Additive wurden in der Zwischenzeit auf Basis nachwachsender Rohstoffe entwickelt, die den bestehenden Richtlinien entsprechen (z. Bsp. von Clariant).

Ein neuer Trend ist die Herstellung von Standardmaterialen wie Polyester, Polyamid und Polyurethan (meistens für die Autoindustrie aber auch für Verpackungsmaterialien) basierend auf nachwachsenden Rohstoffen. Dafür kommen pflanzliche Öle wie Castor, Zoya oder Kokosöl zum Einsatz, aus denen die Rohstoffe gewonnen werden (Furan, Sucinate, Polyole usw.).

Ein Überblick der verfügbaren Kapazitäten von Biomaterialen bis Anfang 2010 wird in einer Studie der Universität Utrecht (NL) gelistet².

Nicht nur das Angebot von Bio-Kunststoffen wächst zweistellig jedes Jahr, auch die Nachfrage. Im Verpackungsbereich werden von unterschiedlichsten Unternehmen die Strategien mit Blick auf Nachhaltigkeit überdacht und man stellt sich heute die Fragen, welche Materialen in 5 , 10 oder gar in 30 Jahren eingesetzt werden sollen. Während die letzten Jahre gekennzeichnet waren durch einen Mangel an Biomaterialen, ist jetzt ein sicheres Gleichgewicht eingetreten. Dennoch ist zu erwarten, dass die Nachfrage weiter stark steigt - dazu muss das Angebot unbedingt erweitert werden.

Dr. Thomas Zeplichal, Z Consult GmbH und InnoNet Partners:

Dr.Thomas Zeplichal,[nl]Z Consult GmbH und InnoNet Partner

Quelle: Thomas Zeplichal

Kann die flexible Verpackung einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung der Erderwärmung durch Einsatz von Biopolymeren leisten?

Im Jahr 2000 haben die UNO, die Weltbank, die OECD und einige NGOs³ acht Ziele definiert, die bis zum Jahr 2015 umgesetzt worden sein sollen. An erster Stelle dieser Liste steht die Beseitigung von extremer Armut und von Hunger. Es folgen die Verbesserung von Bildung, die Gleichstellung von Frauen, die Bekämpfung von Seuchen wie HIV und Malaria usw. An 7. Stelle folgt die nachhaltige Nutzung der Umwelt, worunter wir das hier diskutierte Thema einordnen können⁴.

Die Weltbank schätzt, dass die Durchsetzung dieser Ziele im Jahr etwa 100 bis 127 Milliarden US-Dollar weltweit kosten würde. Vier Jahre später und dann nochmals 2008 fand auf Initiative von Bjørn Lomborg an der Kopenhagen Business School ein Projekt statt, dessen Ergebnisse im "Kopenhagener Konsens" veröffentlicht wurden⁵. Hier wurde die Frage gestellt: "Welches wären die besten Wege zur Verbesserung des Wohls der Menschheit, besonders für das Wohl der Entwicklungsländer, unterstellt, dass Mittel in Höhe von 50 Milliarden Dollar den Regierungen zusätzlich zur Verfügung stünden?". Die Mitglieder dieses Projekts verfassten wiederum eine Liste, die man aufgrund einer Kosten-Nutzen-Analyse erstellte. Vergleiche hierzu⁶. In dieser Liste, die nach Durchführbarkeit angelegt ist, rangieren auf Platz 15 bis 17 die Bekämpfung des Klimawandels. Nachdenklich wird man auch, wenn man die Höhe des Euro-Schutzschirms mit den gedachten 50 Milliarden Dollar weltweit vergleicht. An dieser Stelle kann man relativieren: Betrachtet man die gesamte Menschheit, ist die Lösung der Klimafrage und die Schonung der Ressourcen eine wichtige Frage, aber nicht die wichtigste. Das zeigt hier auch die aktuelle Realität.

Weltweit beträgt der Verbrauch an Erdöl durch Kunststoffprodukte etwa 4 % ^7/8.

Quelle: Thomas Zeplichal

Der heutige Anteil von Biopolymeren an der weltweiten Kunststoffproduktion beträgt 0,3 %, dass heißt 0,012 % an dem Verbrauch von Erdöl für die Kunststoffproduktion. Bei einem jährlichen Wachstum der Produktion von Biopolymeren von 38 % weltweit und 48 % in Europa wird es noch lange dauern, bis hier auch nur die 1 % Grenze überschritten wird⁹.

Der gängige Weg zur Zeit ist die Gewinnung von Ethylen (laut UPAC Ethen)¹⁰ aus der Steamcrackung von Naphta. Dies ist der technische Name für Rohbenzin, das aus Erdöl gewonnen wird. 56 % des so erzeugten Ethylens werden zu Polyethylen verarbeitet. Alternativ hierzu kann aber Ethylen auch durch die Dehydratisierung von Ethanol gewonnen werden. Dazu wird Biomasse zu Ethanol vergoren, dem dann in einer chemischen Reaktion, nämlich der Dehydratation, Wasser entzogen wird. Dieses Verfahren war schon vor der Exploration von Erdöl Stand der Technik. Wertvoll wäre hier eine vergleichende Ökobilanz von neutraler Seite, die den Verbrauch aller Ressourcen (Energie, Wasser, Luft, Land, Kapital usw.) einbezieht.

Mit Folien vom Typ Nativia™ Bio NTSS (BoPLA transparent) von Taghleef Industries werden u.a. Brottüten hergestellt.

Quelle: Taghleef Industries

Als größter Hersteller von thermoplastischen Kunststoffen der amerikanischen Länder, eröffnet Braskem bekanntlich derzeit seine neue Anlage, die 200.000 Tonnen grünen Ethens pro Jahr produziert. Nachdem das brasilianische petrochemische Unternehmen Braskem auf der Messe K 2007 sein erstes bahnbrechendes Projekt zur Gewinnung grünen Ethens von Ethanolen des Zuckerrohrs vorgestellt hatte, setzt Braskem exakt drei Jahre später zur Messe K 2010 in Düsseldorf das Projekt um. In Rekordzeit hat Braskem seine Produktion grünen Polyethylens, das aus Ethanol des Zuckerrohrs gewonnen wird, Ende September 2010 aufgenommen¹¹.

Warum aber wird dieses Verfahren nicht verstärkt angewendet? Dazu muss man sich fragen, was unser kollektives Handeln bestimmt:

• Das ist zum einen der Markt (Angebot, Nachfrage, wirtschaftliche Interessen, Befriedigung von Grundbedürfnissen, Erzeugung von Bedürfnissen usw.).
• Der andere wichtige Faktor sind politische Vorgaben.

In unserem Fall heißt das, dass die Gewinnung von Ethylen aus Erdöl kostengünstiger als die Gewinnung aus Biomasse ist und die Herstellung keinen politischen Regularien unterliegt. Denkbar wäre eine Initiative der EU und/oder der großen Player der Lebensmittelindustrie, die einen verstärkten Einsatz von Biopolymeren fordern und fördern. Vergleichbar wäre z. B. ein analoges Vorgehen zu dem Kraftstoff E10. Experten rechnen damit, dass E10 zu gleichen Konditionen wie herkömmliches Superbenzin verkauft wird. "Ansonsten hätte die neue Sorte keine Chance", erklärt Frank Brühning vom deutschen Biokraftstoffindustrieverband VDB. Übertragen auf den Verpackungsmarkt heißt das, dass ein Ersatzprodukt sich im Preis nicht wesentlich vom Ursprungsmaterial unterscheiden darf. Dieses Material existiert aber nicht.

Noch einmal ein Blick auf den Automobilmarkt: Weltweit tätige Automobilhersteller verstärken durch den Einbau von Biopolymeren und Recyclingmaterialien ihre Anstrengungen zur Verbesserung der Umweltverträglichkeit ihrer Fahrzeuge, um Umweltvorschriften und Verbraucherforderungen zu erfüllen¹². Im Bezug auf die Verpackung heißt das, ein entsprechendes Image müsste geschaffen werden.

Schlussendlich hat natürlich jeder Verbraucher durch sein individuelles Handeln einen gewissen Einfluss auf die Entwicklung. Er hat die Freiheit, einen SUV mit einem Durchschnittsverbrauch von 9,9 l zu kaufen. Dies Fahrzeug hat dann eventuell einen Handschuhkasten aus Biopolymer und eine Fußmatte aus Sisal oder er kauft ein 3 l Auto aus gleichem Hause mit einem Verbrauch von 4,9 l. Diese Freiheit hätte er auch bei der Verpackung, falls die entsprechend gekennzeichnet wäre und er selbst durch entsprechende Aufklärung in der Lage wäre, darüber zu entscheiden. Beides ist nicht der Fall. Die Frage ist auch, in wieweit der Konsument willens und in der Lage wäre das zu tun.

Zusammenfassend lässt sich sagen:

1. Der Klimaschutz ist ein wichtiges Ziel, dem wir alle verpflichtet sind. Durch begrenzte finanzielle Mittel ist aber abzuwägen, wo wir unsere Prioritäten setzen. So ist die Bekämpfung von Hunger und Armut sicher höher zu werten. Teilweise haben diese Ziele gegenläufige Effekte.
2. Das Biopolymer, das uns einen vollwertigen Ersatz für bestehende Produkte gibt, existiert nicht. Die Vielzahl der Polymere, die in letzter Zeit entwickelt wurden, haben in Einzelfällen ihre Berechtigung. Die große Lösung aber fehlt. Am ehesten ist die Lösung im "Green Ethen" zu sehen^13/14.
3. Der Einfluss auf den Klimawandel ist durch die flexible Verpackung als marginal anzusehen.

(st)