© Project BIO-PLASTICS EUROPE

Ausgabe Winter 2020

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UMWELT

Innovative Rohstoffe für die Bioplastikproduktion – Risiken und Chancen

BEITRAG VON Claudia Wellenreuther und André Wolf

Jedes Jahr werden weltweit über 400 Millionen Tonnen Plastik produziert und die Tendenz ist steigend. So hat sich der globale Plastikkonsum in den letzten 20 Jahren nahezu verdoppelt. Den mit Abstand größten Anteil der Plastikprodukte nehmen kurzlebige Verpackungsprodukte ein, die meist bereits nach einmaliger Anwendung wieder entsorgt werden. Konventionelle Plastikmaterialen sind größtenteils erdölbasiert und weisen einen ressourcenintensiven Herstellungsprozess auf. Zusätzlich werden entlang des gesamten Lebenszyklus, von der Förderung des Erdöls bis hin zur Entsorgung des Endproduktes, klimaschädliche Emissionen verursacht.

Als Reaktion auf diese Herausforderungen werden im Rahmen des EU-Projekts "BIO-PLASTIC EUROPE" Plastikalternativen entwickelt, die auf nachwachsenden Ressourcen basieren und zugleich biologisch abbaubar sind. ForscherInnen des Hamburgischen Weltwirtschaftsinstitut (HWWI) leiten ein Arbeitspaket innerhalb dieses Projektes, worin sie die ökonomischen sowie ökologischen Effekte der im Projekt entwickelten Materialen erforschen. Dabei wird der gesamte Lebenszyklus der Materialen in die Analyse einbezogen. Einen besonders kritischen Punkt stellt bereits die Kultivierung des Rohstoffes, der für die Herstellung der innovativen Plastikmaterialen genutzt werden soll, dar. Die ForscherInnen des HWWI analysierten zahlreiche Forschungsergebnisse aus Lebenszyklusanalysen, die sich insbesondere auf die Umweltauswirkungen der Rohstoffauswahl bei der Bioplastikproduktion fokussierten. Die Analyse soll als Entscheidungsgrundlage für die Auswahl geeigneter Rohstoffe zur Herstellung, der im Projekt entwickelten Materialien dienen.

Die Rohstoffe, die für die Herstellung von Bioplastik verwendet werden, lassen sich bezüglich ihres Entwicklungsgrades in drei Generationen einteilen. Die erste Generation an Rohstoffen umfasst Nutzpflanzen wie Mais oder Zuckerrohr, die ebenfalls in der Lebensmittelindustrie eine wichtige Rolle spielen oder als Futtermittel verwendet werden. Aktuell wird die große Mehrheit der am Markt erhältlichen bio-basierten Kunststoffe aus Rohstoffen der ersten Generation hergestellt. Wissenschaftliche Studie zeigen jedoch, dass Plastik hergestellt aus Rohstoffen der ersten Generation, aufgrund der intensiven Landwirtschaft, die für den Anbau dieser Rohstoffe erforderlich ist, gegenüber fossilem Plastik zwar zur Einsparung von Treibhausgasemissionen führen kann, jedoch in anderen Bereichen eine schlechtere Ökobilanz aufweist. Beispielsweise geht die Umwandlung von Wäldern und Wiesen zur Gewinnung von Agrarflächen mit einem erheblichen Verlust an Ökosystemleistungen einher und verursacht zusätzlich umweltschädliche Schadstoffemissionen. Auch der Anbau der Pflanzen auf bereits kultiviertem Land  löst nicht das Problem der Flächenkonkurrenz, da er indirekt zu einer ähnlichen Landumwandlung an anderer Stelle führen kann. Der Einsatz von Pestiziden und Düngemitteln verursachen Schadstoffemissionen in Boden und Gewässer und verschlechtert somit ebenfalls die Umweltbilanz. Langfristig birgt das Entstehen von Rohstoffmonokulturen zudem Risiken für die Bodenqualität und die Biodiversität in den betroffenen Gebieten und auch aus ethischen Gesichtspunkten stellt die Konkurrenz zu Lebensmittelproduktion einen kritischen Faktor dar.  

Die zweite Rohstoff-Generation umfasst lignocellulosehaltige Rohstoffe, die meist als Nebenprodukte des Anbaus von Nahrungspflanzen wie Mais und Zucker gewonnen werden. Der Hauptvorteil dieser Rohstoffe besteht darin, dass die Nebenprodukte innerhalb bereits bestehender Prozessrouten für die Mais-, Zucker- oder Getreideproduktion produziert werden und somit keine Umweltprobleme im Zusammenhang mit Landumwandlung und Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion entstehen. Allerdings muss in der Ökobilanz berücksichtigt werden, dass landwirtschaftliche Nebenprodukte aus ökologischer Sicht auch einen Nutzen stiften (zum Beispiel Erosionsschutz, Einsatz als Energieträger), der durch die Verwendung der Rohstoffe für die Bioplastikproduktion verloren geht. Daher ist es wichtig, dass Opportunitätskosten der alternativen Nutzung auch in der Umweltanalyse berücksichtigt werden.

Die dritte Generation an Rohstoffen für die Bioplastikproduktion umfasst die innovativsten Formen der Rohstoffgewinnung, welche sich derzeit allerdings noch in einem frühen Entwicklungsstadium befinden. Dazu gehören beispielsweise Biomasse aus Algen oder aus Industrie- und Haushaltsabfällen. Im Gegensatz zu den Rohstoffen der ersten und zweiten Generation sind die alternativen Nutzungsmöglichkeiten dieser Rohstoffe eher begrenzt. Bei der Verwendung  von Abfallprodukten entfällt zusätzlich die meist emissionsintensive Entsorgung. Dennoch weist auch diese Rohstoffkategorie ihre eigenen Umweltrisiken auf, die vor allem mit dem geringen Reifegrad der Aufbereitungstechnologie zusammenhängen. Insbesondere verschlechtert die derzeit hohe Energieintensität des Bioraffinerieprozesses erheblich die Umweltbilanz. Zukünftig könnten jedoch Effizienzsteigerungen durch Skaleneffekte und Prozessinnovationen, aber auch höhere Anteile erneuerbarer Energien im Energiemix in den Produzentenländern hier Abhilfe schaffen.

Eine umfassende Literaturanalyse, die die ökologischen Risiken und Chancen der verschiedenen Rohstoffgenerationen zusammenfasst und evaluiert, finden Sie in Form des HWWI Research Paper 194 rechts neben diesem Artikel. Die wichtigsten Ergebnisse dieser Literaturstudie wurden bereits auf der Konferenz des EUROPEAN BIOPLASTICS RESEARCH NETWORK (EBRN) zum Thema: "2nd & 3rd Generation Feedstock for Bio-based and Bio-degradable Plastics" am 4. November 2020 vorgestellt und mit internationalen ForscherInnen, UnternehmensvertreterInnen und politischen EntscheidungsträgerInnen diskutiert.

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Autoren

Dr. Claudia Wellenreuther
Dr. André Wolf

HWWI Research Paper

Innovative feedstocks in biodegradable bio-based plastics: a literature review

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