Im Projekt RUBIO verwirklichen 18 Partner die Vision einer nachhaltigen Kunststoffindustrie. Ihr Ziel ist es, aus regional verfügbaren Pflanzenresten vielseitige, nachhaltige Produkte zu schaffen, die recycelbar und biologisch abbaubar sind. Im Rahmen des Projekts entwickelt das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP neuartige Typen des Biokunststoffs Polybutylensuccinat (PBS), damit dieser für deutlich mehr Anwendungen eingesetzt werden kann. Gemeinsam mit der Firma POLIFILM EXTRUSION GmbH hat das Fraunhofer IAP ein erstes kommerzielles Produkt entwickelt.
Biokunststoffe bieten zunehmend eine Alternative zu erdölbasierten Kunststoffen. Diese nachhaltigen Materialien bieten eine Reihe von Vorteilen: Sie werden aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt und tragen dazu bei, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und den CO2-Ausstoß in die Umwelt zu reduzieren. Sie können biologisch abbaubar sein und haben vergleichbare Verarbeitungseigenschaften wie klassische erdölbasierte Kunststoffe. Biokunststoffe lassen sich wie klassische Kunststoffe sortieren, fraktionieren und recyceln.
Warum werden erdölbasierte Kunststoffe nicht einfach durch Biokunststoffe ersetzt?
Trotz des hohen Potenzials gibt es eine Reihe von Faktoren, die Unternehmen daran hindern, ihre Produkte aus Biokunststoffen herzustellen: Weltweit gibt es nur wenige Hersteller, die Biokunststoffe auf dem Markt anbieten. Für Kunststoffverarbeiter bedeutet dies Probleme bei der Versorgungssicherheit, höhere Kosten und eine zu geringe Auswahl an verschiedenen Arten von Biokunststoffen, um die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten zu realisieren.
Zudem besteht technischer Verbesserungsbedarf und es ist oft nicht klar, für welche konkreten Anwendungen Biokunststoffe geeignet sind. Schließlich werden Biokunststoffe derzeit häufig aus Zuckerrohr und Mais hergestellt – potenzielle Nahrungs- oder Futtermittelquellen, die eine Art „Lebensmittel oder Kunststoff“-Diskussion auslösen könnten.
Neue PBS-Typen ermöglichen vielfältigere Einsatzgebiete
Daher ist der Bedarf an Entwicklungen auf diesem Gebiet groß. Diese Hürden nehmen Experten des Fraunhofer IAP gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft im Projekt „Regionale Unternehmerallianz zur Entwicklung von Wertschöpfungsketten für technische Biokunststoffe in Mitteldeutschland“, RUBIO, an.
Thomas Büsse, der bei RUBIO das Verbundprojekt „Verarbeitung“ koordiniert und das Verarbeitungstechnikum für Biopolymere (Standort Schwarzheide in Brandenburg, Deutschland) des Fraunhofer IAP leitet, erklärt: „Je nach Anwendung bzw hart oder weich, vielleicht auch hoch- oder niedrigviskos, aber es gibt nur drei Typen von PBS auf dem Markt, und diese eignen sich nur für eine begrenzte Anzahl von Verarbeitungsverfahren und Anwendungen.“
Aus diesem Grund entwickelt das Team in der Abteilung „Polymersynthese“ von Dr. Antje Lieske am Fraunhofer IAP in Potsdam, Brandenburg, Deutschland völlig neuartige PBS, die sich mit einem viel breiteren Spektrum an Verfahren verarbeiten lassen – beispielsweise durch Blasformen zum Spritzgießen. Damit erweitern die Forscher auch das Portfolio möglicher Anwendungen.
Das Know-how der Polymerspezialisten des Fraunhofer IAP geht weit über die reine Entwicklung von Syntheseverfahren für neuartige Biokunststoffe hinaus. Im Synthesetechnikum des Fraunhofer-Pilotanlagenzentrums für Polymersynthese und -verarbeitung PAZ in Schkopau, Sachsen-Anhalt, befindet sich das Team um Dr. Ulrich Wendler, Leiter der Abteilung „Synthese und Produktentwicklung“ am Fraunhofer IAP Übertragung der Ergebnisse aus Labor und Technikum in den industriellen Pilotmaßstab. Im Verarbeitungstechnikum wird intensiv untersucht, wie sich die neu entwickelten Kunststofftypen und Blends thermoplastisch verarbeiten lassen.
Auch Tests zur biologischen Abbaubarkeit, Bedruckbarkeit, Siegelfähigkeit oder maschinellen Bearbeitbarkeit werden hier durchgeführt – Kriterien, die die Forscher auf Kundenwunsch individuell festlegen können. Auch die Recyclingfähigkeit wird im RUBIO-Konsortium getestet. „Wichtig ist, dass Biokunststoffe recycelt werden können und müssen. Die Abbaubarkeit kommt erst dann ins Spiel, wenn große oder kleine Kunststoffpartikel bei der Nutzung verloren gehen und so in die Umwelt gelangen“, betont Büsse.
Im Rahmen des RUBIO-Projekts haben das Fraunhofer IAP und die POLIFILM EXTRUSION GmbH einen ersten Erfolg erzielt. Das deutsche Unternehmen produziert am Standort Weißandt-Gölzau in Sachsen-Anhalt auf mehr als 80 Extrusionsanlagen Kunststofffolien für unterschiedliche Anwendungen in den Bereichen Verpackung, Bau, Landwirtschaft, Automotive und weiteren Branchen. Die Partner haben eine PBS-Folie entwickelt, die für Versandtaschen verwendet werden kann.
„Diese Kooperation ist ein wichtiger Schritt in Richtung Nachhaltigkeit und ermöglicht es uns, Produkte aus regionalen Reststoffen anzubieten, die recycelbar und bei Verlust an die Umwelt zusätzlich biologisch abbaubar sind Siegeszug der PBS-Materialien“, erklärt Tobias Otto, Projektleiter F&E bei der POLIFILM EXTRUSION GmbH.
Keine Essen-oder-Plastik-Diskussion wegen regionaler Pflanzenreste
Die Entwicklung der neuen PBS-Folie geht noch weiter, denn bisher basiert der Biokunststoff noch nicht auf regionalen Rohstoffen. Doch das wird sich im weiteren Verlauf der Zusammenarbeit ändern. Pflanzliche Reststoffe aus der Region sollen künftig der Rohstoff sein.
„Grundsätzlich können alle Materialien verwendet werden, die Zellulose oder Lignozellulose enthalten. Dazu gehören unverrottete Gärreste aus Biogasanlagen, landwirtschaftliche Reststoffe, die in vielfältiger Form anfallen, oder theoretisch sogar Abfälle aus der Papierherstellung“, erklärt Thomas Büsse. Idealerweise hat die Verwendung regionaler Reststoffe langfristig noch einen weiteren Vorteil: Kürzere Transportwege können zu günstigeren Preisen und einer größeren Nachhaltigkeit der produzierten Kunststoffprodukte führen.
Bereitgestellt vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP