Bioplastik und eine Müllabfuhr für die Weltmeere

Jährlich werden zur Zeit circa 240 Millionen Tonnen Plastikwerkstoffe erzeugt. Doppelt so viel wie noch vor 10 Jahren. Man geht davon aus, dass etwa 6,4 Millionen Tonnen davon pro Jahr im Meer landen (siehe Teil 1 dieses Blogbeitrags: Wundermaterial mit Langzeitfolgen). Dies rührt auch daher, dass fast die Hälfte aller aus Plastik hergestellten Gegenstände nur einmal benutzt werden, insbesondere jene aus der Verpackungsindustrie. Weltweit werden circa eine Million Plastiktüten pro Minute verbraucht und zumeist nach einmaliger Benutzung weggeworfen. Kalifornien hat daher in diesem Jahr den Vertrieb von Plastiktüten komplett verboten. Auch andere Regionen der Welt haben Kunststoffsäcke verbannt, wie beispielsweise Bangladesch. Weggeworfene Plastiktüten verstopfen dort immer wieder das Kanalsystem und führen zu Überschwemmungen. Frankreich hat bereits im Jahr 2010 ein Verbot von nicht-kompostierbaren Plastiktüten eingeführt.

Biologische Kunststoffe

Im industriellen Massstab werden Polymere seit über 60 Jahren hergestellt. Plastik hat unsere Welt verändert: kaum ein Produkt, welches nicht auf diesen billigen, einfachen und haltbaren Kunststoff zurückgreift. Doch die lange Haltbarkeit und Resistenz gegenüber natürlichen Abbauprozessen führt zu Umweltproblemen wie der zunehmender Verschmutzung unserer Gewässer und Weltmeere (siehe Teil 1). Daher beschäftigen sich seit einigen Jahren Wissenschaftler weltweit mit der Herstellung von wieder abbaubaren Polymerwerkstoffen.

Polymere müssen nicht automatisch Kunststoffe sein. Auch in der Natur findet man eine ganze Palette solcher langkettiger Verbindungen, zum Beispiel Lignin in Holz, die DNA-Ketten des Erbguts, sowie Proteine. Kunststoffe, welche diese grundlegenden Formationen der Natur mit biologisch hergestellten Monomeren imitieren, erobern zur Zeit die Märkte.

Diese sogenannten Biokunststoffe bilden mittlerweile eine eigene Materialfamilie. Dabei unterscheidet man drei Gruppen: Kunststoffe, deren Einzelbausteine, die Monomere, rein aus Biomasse gewonnen wurden (Mais, Zuckerrohr, Pflanzenöle); solche, die durch rein natürliche Mikro-Organismen biologisch abbaubar sind; oder solche, die beides vereinen. Natürlich ist die dritte Gruppe die wünschenswerteste, jedoch zerfallen auch die rein aus Biomasse hergestellten Polymere in Untergruppen und Fragmente, die weitaus weniger problematisch sind als jene aus erdölbasierten Stoffe.

So gibt es bereits Werkstoffe, welche speziell dafür entwickelt wurden, sich in Meerwasser aufzulösen. Das salzige Milieu hilft dabei. Weil diese Kunststoffe dichter als Wasser sind, treiben sie nicht an der Oberfläche , sondern sinken ab und lösen sich innert Tagen auf. Ihre Zerfallsprodukte sind Kohlenwasserstoffe, Milchsäure und Wasser.

Solch innovative Ansätze mit natürlichen Ausgangsmaterialien für die Herstellung von Kunststoffen könnten die Umweltverträglichkeit von Plastikwerkstoffen erheblich verbessern. Allerdings gibt es auch kritische Stimmen: Wenn Landwirte zunehmend Anbauflächen für die Produktion von Ausgangsmaterialien von Biokunststoff verwenden, fehlen diese für die Bereitstellung von Nahrungsmitteln. Eine Thematik, die bei einer stetig wachsenden Erdbevölkerung nicht unerheblich ist. Biokunststoffe können jedoch auch aus organischen Abfallprodukten hergestellt werden, eine engere Zusammenarbeit der einzelnen Industriezweige könnte hier Synergien schaffen.

Recycling und Downcycling

Generell sind viele der gängigen Kunststoffe wiederverwendbar. Bei rezyklierbaren Plastikwerkstoffen verfolgt man den Ansatz, die verwendeten Polymere zum Beispiel durch Änderung des pH-Wertes, UV-Bestrahlung oder durch Wärmezufuhr zurück in ihre reinen Bausteine zu zerlegen. Diese lassen sich dann wieder zum gleichen Produkt verarbeiten. Dazu muss man diese Kunststoffe jedoch in Reinform sammeln oder aus anderen Plastikabfällen heraus sortieren.

Leider ist das aufwendig und daher die Ausnahme: Nur ein geringer Prozentsatz der Kunststoffe wird so rezykliert. Viel gängiger ist die Methode des «Downcyclens». Hierbei werden Plastikabfälle verschiedenster Arten gemischt. Die niedrigere Qualität der Materialeigenschaften nimmt man dabei in Kauf. So hat sich in letzter Zeit ein ganzer Industriezweig darauf spezialisiert Holzabfälle und Plastikabfälle zu neuen Kompositen zu verschmelzen, welche als Plastic-Wood oder WPC (Wood-Plastic-Composite) bekannt sind. Auch finden sich immer mehr PET Fasern in Kleidungsstücken und Schlafsäcken. Käuferinnen und Käufer solcher Waren agieren in dem guten Glauben, etwas für die Umwelt zu tun. Jedoch enthalten PET Materialien Giftstoffe wie Antimon, Rückstände von chemischen Katalysatoren, UV-Stabilisatoren und Weichmacher, welche niemals dazu gedacht waren, mit menschlicher Haut in Kontakt zu kommen.

Putzkolonne für die Weltmeere

Einen anderen Ansatz verfolgt der 20-jährige Boyan Slat aus den Niederlanden. Er hat ein System entwickelt, mit dem sich an der Oberfläche der Weltmeere treibender Plastikmüll wieder einfangen lässt, bevor er zu einer Gefahr für unsere Umwelt wird. Sein System beruht auf einer Anlage mit zwei jeweils 50 Kilometer langen, aufblasbaren Fangarmen, welche in einem V-Winkel angeordnet sind. Diese Arme leiten auf dem Wasser treibenden Plastikmüll in die Spitze des V, und sammeln ihn dort in einem Auffangbecken. Dieses ist fest auf dem Meeresboden verankert und muss acht Mal im Jahr geleert werden.

Um den gesamten Müll auf unseren Weltmeeren einzufangen, braucht man laut Slat 24 solcher Anlagen - so platziert, dass Meeresströmungen den Müll früher oder später in die Arme dieser Reinigungssysteme treiben. Das Kostenvolumen für die 24 Anlagen schätzt der junge Erfinder auf etwa 6 Milliarden Euro. Verglichen mit anderen Konzepten, so seine Aussage, eine eher geringe Summe. Zur Zeit testet er mehrere Pilotanlagen, unter anderem im Hafen von Rotterdam, die er mit einer Crowdfunding-Kampagne finanziert hat. Innerhalb kürzester Zeit hat er zwei Millionen Euro gesammelt und ein internationales Team aufgebaut aus Biologen, Ozeanologen, Geologen und anderen Enthusiasten, die seine Idee unterstützen wollen.

Im Laufe der Zeit und seit den ersten Veröffentlichungen seiner Ideen und Testläufen musste er jedoch auch schon viel Kritik einstecken. Vor allem bezweifelten viele Experten die Langlebigkeit der Konstruktion. Denn durch Algenbefall könnten sich die vorgeschlagenen aus Kunststoff bestehenden Materialien schnell zersetzen. Slat hat darauf reagiert und die Konstruktion verbessert und haltbarer gemacht, so dass sie den rauen Anforderungen auf hoher See auch tatsächlich standhalten kann. Bis Ende 2015 möchte er noch weitere Daten sammeln in den Müllstrudeln unserer Welt, um dann die erste grossmassstäbliche Anlage zu installieren.

Dirk Hebel (Quelle: ETH-Zukunftsblog)

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