Expertenüberblick zu biologisch abbaubaren Kunststoffen: Fakten, Geschichte und Anwendungen

Entgegen der landläufigen Meinung können viele Kunststoffe unter den richtigen Bedingungen biologisch abgebaut werden. Die Idee biologisch abbaubarer Kunststoffe und Polymere entstand in den frühen 1980er-Jahren.

Bakterielle Zersetzer

Die Forschung zu kunststoffabbauenden Bakterien reicht bis 1975 zurück, als japanische Wissenschaftler einen Stamm von Flavobacterium aus Abwasserbecken einer Nylonfabrik isolierten. Sie identifizierten zwei Bakterienarten – Flavobacterium und Pseudomonas –, die Nylonase-Enzyme produzieren, die Nylon in seine Monomere zerlegen können. Diese Mikroorganismen existierten vor der Erfindung von Nylon 1935 nicht, was zeigt, wie Industrieabfall biologische Innovation anstoßen kann.

Biologischer Abbau beruht auf lebenden Organismen, hauptsächlich Bakterien, die Kunststoffe zersetzen.

Biologisch abbaubare Kunststoffe fallen in zwei Kategorien. Erstens echte Bioplastics aus nachwachsenden Rohstoffen wie Poly-3-hydroxybutyrat (PHB) und Polyhydroxyvalerat (PHV). Zweitens konventionelle petrochemische Kunststoffe, die mit biologisch abbaubaren Additiven versehen werden, um den mikrobiellen Abbau zu beschleunigen. Aromatische Polyester sind weitgehend resistent gegen Mikroben, während aliphatische Polyester – dank hydrolysierbarer Esterbindungen – leicht biologisch abbaubar sind. Einer der am weitesten verbreiteten Bioplastics ist Polymilchsäure (PLA), ein thermoplastisches aliphatisches Polyester aus nachwachsenden Rohstoffen wie Mais, Tapioka und Zuckerrohr. Trotz seines Namens ist PLA keine Polyacid, sondern ein Polyester; es rangiert weltweit an zweiter Stelle im Bioplastikverbrauch.

Biologisch abbaubare Polymere

Beim Abbau biologisch abbaubarer Polymere entstehen harmlose Endprodukte – darunter CO₂, N₂, H₂O, Biomasse und anorganische Salze. Diese Materialien können natürlich vorkommend oder synthetisch hergestellt sein und basieren typischerweise auf Ester-, Amid- und Etherbindungen. Ihre Abbaupfade hängen von der molekularen Struktur ab und werden oft durch Kondensationsreaktionen oder Ringöffnungspolymerisation während der Herstellung erreicht.

Biologisch abbaubar ≠ Kompostierbar

„Kompostierbar“ bezeichnet Materialien, die unter spezifischen Bedingungen zu Kompost oder Humus werden, während „biologisch abbaubar“ lediglich bedeutet, dass ein Stoff von Lebewesen abgebaut werden kann. Die Effizienz der Bioplastikherstellung aus nachwachsenden Rohstoffen bleibt ein aktiv diskutiertes Thema.

Kompostierbare Kunststoffe

Für 1 kg PLA werden ca. 2,65 kg Mais benötigt. Die globale Jahresproduktion von 270 Millionen Tonnen Kunststoff – großteils Ersatz konventioneller Polymere durch maisbasiertes PLA – verdrängt rund 715,5 Millionen Tonnen Mais aus der Lebensmittelversorgung. Dies geschieht vor dem Hintergrund sinkender Ernteerträge durch den Klimawandel, während 40 % des Mais für Ethanol, 35 % für Tierfutter und nur ein kleiner Bruchteil für den menschlichen Verzehr verwendet werden.

Obwohl kunststofffressende Bakterien keine Komplettlösung für Abfallmanagement darstellen, demonstrieren sie eine bemerkenswerte Fähigkeit, Kohlenwasserstoffe abzubauen.

Biologisch abbaubare Kunststoffe finden in einer breiten Palette von Konsumgütern Anwendung – darunter Verpackungen, Flaschen, Gläser, Luftpolsterkissen, Teebeutel, Spitzer und Stifte.

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