PLA-Bioplastik verstehen: Zusammensetzung, Anwendungen & Nachhaltigkeit

Die Materialwahl ist eine der wichtigsten Entscheidungen, die Ingenieure oder Produktdesigner treffen können. Das Material eines Bauteils wirkt sich direkt auf dessen mechanische und chemische Eigenschaften aus. Beispielsweise verleiht eine Mischung aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und Polycarbonat (PC) einem spritzgegossenen Bauteil eine einzigartige Kombination aus PCs Festigkeit und Hitzebeständigkeit und ABS' Flexibilität.

Im Rahmen des branchenübergreifenden Wandels hin zu nachhaltigeren, umweltfreundlicheren Materialien haben sowohl traditionelle als auch additive Fertigungsdienstleister in den letzten Jahren stärker in ökologisch bewusste Materialien investiert. Bioplastik ist als Alternative zu erdölbasierten Kunststoffen populär geworden. Laut European Bioplastics soll der globale Bioplastikmarkt bis 2023 um 25 % wachsen, die globale Produktion auf 26,2 Mio. Tonnen pro Jahr steigen.

Zum Earth Day beleuchten wir PLA-Bioplastik. Hier ist alles, was Sie über diesen umweltfreundlichen Werkstoff wissen müssen.

Was sind PLA-Bioplastik?

PLA-Bioplastik basiert auf Polymilchsäure (PLA), einem transparenten thermoplastischen aliphatischen Polyester aus nachwachsenden Rohstoffen. Biobasierte Kunststoffe wie PLA stammen aus Biomasse – Mais, Zuckerrohr, Algen oder sogar Garnelenschalen. PLA ist zudem biologisch abbaubar: Es zersetzt sich in natürlichen Umgebungen und hinterlässt nur Biomasse, Kohlendioxid und Wasser.

Wichtig: Nicht alle biobasierten Kunststoffe sind zwangsläufig biologisch abbaubar – und umgekehrt. PLA-Bioplastik sind die einzigen kommerziell verfügbaren Bioplastik, die sowohl biobasiert als auch biologisch abbaubar sind, und sie gehören zu den wenigen Bioplastik, die für 3D-Drucker geeignet sind.

Wie wird PLA-Bioplastik hergestellt?

Im ersten Produktionsschritt wird Maisstärke aus nassvermahlenem Mais getrennt, mit Säure oder Enzymen versetzt und erhitzt. Die Hitze baut die Maisstärke ab und produziert Dextrose (Maissirup).

Der Maissirup wird dann fermentiert zu L-Milchsäure – dem Hauptbestandteil von PLA. Die Milchsäure kann entweder im unmittelbaren Zustand genutzt werden (erhöht PLA-Molekulargewicht und thermische Eigenschaften) oder direkt polymerisiert werden.

Gängige PLA-Typen: Poly-L-lactid (PLLA), Poly-D-lactid (PLDA), Poly-DL-lactid (PDLLA).

Vor- und Nachteile von PLA-Bioplastik

PLA-Bioplastik erhält viel Aufmerksamkeit für seine Umweltfreundlichkeit. Da es aus nachwachsenden Rohstoffen stammt, zehrt es nicht an den endlichen Erdölreserven und ist nahezu CO₂-neutral. Es ist mechanisch recycelbar und setzt bei Oxidation keine giftigen Dämpfe frei. PLA-Bioplastik weist zudem hervorragende mechanische Eigenschaften im Vergleich zu anderen Polyestern auf.

Leider ist PLA-Bioplastik nicht völlig umweltunschädlich. Jede Kunststofffertigung verursacht Abfall und Emissionen – PLA bildet keine Ausnahme. Ernte-, Raffinerie- und Transportemissionen bleiben bestehen.

Zudem wird hinterfragt, wo PLA-Bioplastik im größeren Bild von Umwelt- und Humanitäranliegen steht. Beispiel: Ist es ethisch, Mais für PLA zu nutzen, wenn Ernährungsunsicherheit große Teile der Welt plagt? Wenn mehr Kunststoffhersteller auf Bioplastik umsteigen, könnten durch Entwaldung betroffene Gebiete wie Regenwälder noch vulnerabler werden.

Hinzu kommt: Die inhärente Recyclingfähigkeit von Bioplastik kann leicht kompromittiert werden. PLA-Bioplastik wird oft mit weniger umweltfreundlichen, nicht-recyclingfähigen Polymeren gemischt, um Festigkeit zu erhöhen und Brüchigkeit zu verhindern. Diese Hybrid-PLA-Bioplastik zersetzen sich unter spezifischen Kompostierungsbedingungen in drei Monaten zu ungiftigen Materialien – auf einer Standarddeponie dauert derselbe Abbau 100 bis 1.000 Jahre.

Gängige Anwendungen und Use Cases

Dennoch sind PLA-Bioplastik extrem vielseitige Materialien mit vielfältigen Use Cases in vielen Branchen. Umweltfreundliche Becher, Kunststoffbehälter, Flaschen und Teebeutel bestehen aus PLA-Bioplastik. Die US-amerikanische FDA erkennt sie als sicher für Lebensmittelverpackungen an.

Viele Mediziningenieure bevorzugen PLA-Bioplastik gegenüber erdölbasierten Kunststoffen, da sie bis zur Zersetzung ungiftig sind. PLA-Produkte lösen sich im Körper auf und sind bei minimaler Entzündung und Infektionsgefahr sicher einsetzbar. Typische Anwendungen: Chirurgische Schrauben und Netze, Drug-Delivery-Systeme, Knochenfixierungsimplantate, Tissue Engineering. Zwar hat sich PLA für diese Verbrauchsmaterialien bewährt, doch für strengere Leistungsanforderungen hochwertiger Anwendungen wurden noch keine umweltfreundlichen Materialien entwickelt.

Gemeinsam für eine bessere Zukunft

Während der Platz von PLA-Bioplastik in der großen Vision für Nachhaltigkeit in der Fertigungsindustrie noch bestimmt wird, ist dieser biologisch abbaubare, biobasierte Werkstoff vergleichsweise umweltfreundlich. Er besteht aus nachwachsenden Materialien und hinterlässt keinen Abfall. Stand heute ist jedoch kein Kunststoff perfekt – es könnte unmöglich sein, alle Abfälle und CO₂-Emissionen vollständig zu eliminieren.

Während die Fertigungsindustrie sich weiter in eine grünere Zukunft entwickelt, hoffen wir, mehr Bauteile aus PLA-Bioplastik und umweltbewussten Alternativen zu erdölbasierten Materialien mit schädlichem CO₂-Fußabdruck zu sehen. Jeder Schritt in Richtung größerer Nachhaltigkeit ist ein Schritt, der sich lohnt.

Bei Fast Radius wollen wir Produkte zum Leben erwecken, die eine bessere Zukunft schaffen. Von der Skalierung der Gesichtsschild-Produktion gegen COVID-19 bis zur nachhaltigeren Lieferkette – wir suchen stets nach Wegen, Neues durch On-Demand-Fertigung möglich zu machen. Kontaktieren Sie uns, wenn Sie eine Idee haben, die die Welt etwas grüner macht – oder wenn Sie Ihr nächstes Fertigungsprojekt starten möchten.

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