Polyethylenterephthalat wird bis 2020 zum wichtigsten Biopolymer

Biokunststoff PET

Richard E. Schneider*) 

Den Biokunststoffen gehört die Zukunft.
Bis zum Jahr 2020 wird die Produktion von biobasierten Polymeren von 3,5 Mio. Tonnen im Jahr 2011 auf rund 20 Mio. Tonnen anwachsen, erwartet das Nova-Institut nach Auswertung einer weltweit durchgeführten Studie. Und PET (Polyethylenterephthalat) wird zum meistproduzierten Biokunststoff der Welt.

PET-Flaschen sind heute in aller Munde. Doch wie werden sie hergestellt? – Der US-Getränkehersteller Coca-Cola brachte im Jahr 1978 die ersten 2-l-Mehrweg-Flaschen auf den Markt. Ihre Bodenschale bestand aus einem speziellen Kunststoff-Material, was die Flasche standfest bei einem Innendruck von 5 bar machte. Im Jahr 1990 folgte Deutschland mit der ersten 1,5-l-, „unkaputtbaren“ Mehrwegflasche. „Unkaputtbar“ bedeutete in diesem Zusammenhang, dass die Flasche ohne Anwendung von Hilfsmitteln oder -stoffen praktisch nicht zu zerstören war. Anders gesagt war sie „mehrfach einsetzbar“, d.h. sie konnte eingeschmolzen und danach in gleichbleibender Qualität erneut als Ausgangsstoff für die Herstellung von Mehrwegflaschen genutzt werden.

Vorteile der Mehrwegflasche

So trat die Mehrwegflasche ihren Siegeszug an. Ihre Vorteile liegen auf der Hand: Man muss erstens nicht ständig Ausschau nach neuem Flaschenmaterial für die neue Produktion halten, sondern kann auf die in der Praxis bereits bewährten Stoffe zurückgreifen. Zweitens muss man nicht ständig neues Flaschenmaterial fabrizieren.

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Interessanterweise bildete sich neben den klassischen Getränkeherstellern mit ihrem bekannten Einwegflaschen-System in den beiden letzten Jahrzehnten rasch ein neuer Markt für das Recycling von Mehrwegflaschen. Mehrwegflaschen aus Polyestern wie PET (Polyethylenterephthalat) für Bier, Milch, Wein oder Säfte werden immer häufiger genutzt, danach in Kleinteile zerlegt, gründlich gereinigt und aufs Neue genutzt. So läuft das Recycling-Verfahren „grosso modo“ ab. Die Zeiten, als Colaflaschen wie noch in den 1960er Jahren einfach weggeworfen wurden, sind passé. Nach der Etablierung und anschließenden Verfeinerung der Recycling-Technologie lassen sich Colaflaschen, aber auch Mineralwasser-, Saft- oder Nektarflaschen, heute vollständig recyceln, d.h. aufbereiten und wiederverwenden. Inzwischen gibt es sogar ganze Unternehmensbranchen, die sich auf die Herstellung von PET-Recycling-Anlagen spezialisiert haben.

Das Recycling-Verfahren selbst läuft wie folgt ab: Die leeren, gebrauchten Flaschen werden zu Ballen oder Briketts gepresst. Im Betrieb werden in der Recyclinganlage die Flaschen anschließend in kleinste Einheiten zerlegt, in mehreren Verfahren „porentief“ rein gewaschen und getrocknet. Nach Abtrennung von Verschlusskappen, Getränkeresten, Labels sowie eventuellen Klebstoff-Partikeln bleiben saubere Flakes zurück. Diese feinen Flakes werden danach extrudiert, zu Granulat umgesetzt und kristallisiert. Zur Erhöhung der Viskosität und zur Dekontamination des Granulats für den direkten Kontakt mit Lebensmitteln wird es in einem Vakuum-Rotationsreaktor (Taumeltrockner), wie ihn beispielsweise das Unternehmen OHL anbietet, nachkondensiert. Dieses Granulat kann dann ohne weitere Vorsichtsmaßnahme direkt und gefahrlos mit Lebensmitteln in Kontakt treten. Es wird hernach in Präformen gegossen, die zur Herstellung und Abfüllung neuer PET-Flaschen eingesetzt werden. Der Kreislauf der Herstellung von PET-Flaschen ist damit geschlossen. Insgesamt lassen sich solche Recycling-Verfahren ohne Qualitätseinbußen bis zu 20 Mal wiederholen. Das Recycling-Verfahren zeichnet sich durch niedrigen Energieverbrauch und hohe Wirtschaftlichkeit aus. Manche Firmen behaupten sogar, ihr Recycling-Verfahren sei mindestens so gut und sicher wie Einwegflaschen.

Zum Herstellungsverfahren von PET-Flaschen

Voraussetzung für die Herstellung von PET-Flaschen ist die thermische Umformbarkeit des Ausgangsstoffs Polyethylenterephthalat. Dazu existieren zwei Prozessschritte:

1. Spritzgießverfahren.

2. Streckblasverfahren.

Zahlreiche PET-Flaschen-Hersteller nutzen allerdings das Spritzblasverfahren in einem einzigen Arbeitsgang. Die fertigen PET-Flaschen werden dann direkt an den Getränkebetrieb geliefert, der diese selbst befüllt. Dieses Verfahren wird auch als „Verfahren aus erster Wärme“ bezeichnet.

Häufiger ist jedoch das Zweistufenverfahren, auch „Verfahren aus zweiter Wärme“ genannt. Hierbei werden die PET-Rohlinge in einem kunststoffverarbeitenden Betrieb hergestellt und hernach an einen Getränkehersteller geliefert, der die PET-Flaschen in einer eigenen Streckblasmaschine abfüllt. Von Vorteil ist hierbei, dass beide Verfahrensschritte, das Herstellen von Rohlingen und die Füllung der PET-Flaschen, nicht aufeinander abgestimmt

sein müssen. Ebenso ist eine größere Flexibilität bei der Auswahl der Rohlingtypen und -gewichte möglich. Diese erreichen lediglich zwischen 12 g und 35 g Gesamtgewicht. Zuletzt sprechen noch die niedrigeren Transportkosten der PET-Rohlinge zwischen dem kunststoffverarbeitenden und dem Getränkeunternehmen für das Zweistufen-Verfahren.

PET-Flaschen enthalten kein gesundheitsschädliches Bisphenol A. Dies ist ein gewichtiger Vorteil für das Material. Allerdings wird in den meisten Ländern der Welt außer Japan Antimontrioxid als Katalysator bei der Produktion von PET-Flaschen verwendet. In keinem Land der Welt werden jedoch die Grenzwerte für Antimon erreicht oder gar überschritten. Weiter sind PET-Flaschen hitzeempfindlich und können aus diesem Grund nicht mit üblichen thermischen Sterilisierungsverfahren keimfrei gemacht werden. Sie müssen einer chemischen Desinfektion und Sterilisierung unterzogen werden.

Weltweit lag der Anteil von PET-Flaschen in der Verpackungsindustrie im Jahr 2010 bereits bei 34 % mit steigender Tendenz. In Deutschland sind PET-Flaschen von 0,3 l bis 5,0 l in Umlauf. Hier liegt ihr Anteil bei kohlensäurehaltigen Getränken bereits bei weit über 50 %. Brunnenflaschen aus Glas  sind deutlich ins Hintertreffen geraten, ebenso wie PET-Einwegflaschen. Diese erreichten bei Mineralwässern im Jahr 2009 bereits 68,1 % bei steigender Tendenz. Die PET-Einwegflaschen für Mineralwasser und Erfrischungsgetränke werden über das aktuell in Kraft befindliche Pfandsystem gesammelt, danach in einem geschlossenen Wertstoffkreislauf recycelt und als qualitativ hochwertiger Rohstoff wieder einer neuen Verwendung zugeführt. Bei den am meisten verbreiteten 1,5 Liter-PET-Mehrwegflaschen liegt die aktuelle Rücklaufquote bei 98,5 %. Weitere Informationen zum Forum PET liefert die Industrievereinigung Kunststoffverpackungen e.V. (IK), Bad Homburg. Hier haben sich die Hersteller der Rohstoffe, die Maschinenbauer, die Flaschen- und Verschlusshersteller, die Getränkeindustrie sowie, last but not least, die Recyclingunternehmen zu einer Interessengemeinschaft zusammengetan.

Ein neuer, interessanter Unternehmensverbund

In einem weiteren neuen Firmenverbund haben sich US-Unternehmen wie der Getränkehersteller Coca-Cola, der Ketchup-Hersteller Heinz, der Autohersteller Ford, der Sportartikel-Hersteller Nike und der Waschmittelkonzern Procter & Gamble im Juni 2012 zusammengeschlossen. Sie gründeten gemeinsam die Plant PET Technology Collaborative. Sie wollen gemeinsam Entwicklung und Gebrauch von PET-Materialien und -Fasern auf der ausschließlichen Basis von Pflanzen voranbringen. PET-Kunststoff-Flaschen werden auch heute schon zumindest teilweise auf pflanzlicher Basis hergestellt. Sie besitzen jedoch nur eine geringe Verbindung zu nicht-erneuerbaren Wertstoffen gegenüber den handelsüblichen PET-Flaschen. Jedoch sieht die Verpackung genauso aus und funktioniert auch so wie bei üblichen PET-Flaschen und ist in gleicher Weise auch zu recyceln. Der wesentliche Unterschied besteht in der Verwendung von bis zu 30 % pflanzlichen Bestandteilen.

PlantBottle nutzt Bio-Ethanol

Gegründet wurde PlantBottle-Verpackungs-Technologie von Coca-Cola, Atlanta, als Heinz begann, Ketchup-Flaschen mit pflanzlichen Anteilen in den USA und Kanada herzustellen und zu verkaufen. Die in dem Verband zusammengeschlossenen Unternehmen wollen die Etablierung gemeinsamer Standards und Verfahren voranbringen, um Kunststoffe ausschließlich auf der Basis von pflanzlichen Anteilen herzustellen. Auch weitergehende Analysen von Lebenszyklen dieser pflanzenbasierten Kunststoffe sowie eine gemeinsame Terminologie sind vorgesehen.

Procter & Gamble, Cincinatti, Ohio, möchte in diesem seit knapp einem Jahr bestehenden Kooperationsprojekt seine Basis für PETs auf pflanzlicher Basis ausbauen. Es sollen neue Produkte, die zu 100 % aus PET-Materialien auf pflanzlicher Basis bestehen, entwickelt werden und auf den Markt kommen.

Pflanzliche PETs können aus Zuckerrohr, Zuckerrüben, Mais, Sorghum oder der Maniokpflanze produziert werden. Ziel ist die Herstellung verschiedenster Güter neben der PET-Flasche, die zu 100 % aus Pflanzenmaterial bestehen. Da fossile Energieträger wie Erdöl großen Einfluss auf die Biodiversität unseres Planeten haben, sollen solche neuen Möglichkeiten stärker erkundet und genutzt werden, sagen die Unternehmensverantwortlichen bei Procter & Gamble.

Ausblick der Hersteller pflanzenbasierter Biopolymere

Insgesamt befragte das Nova-Institut, Hürth b. Köln, für seine Marktanalyse der weltweiten Biopolymer-Produktion gemeinsam mit dem europäischen Biokunststoffverband BIC insgesamt 247 Unternehmen. Tatsächlich sollen bis zum Jahr 2020 die Produktionskapazitäten für Bio-PET von derzeit 620 000 Tonnen auf 5 Mio. Jahrestonnen anwachsen. Weiter soll sich der Anteil der Biopolymere am weltweiten Kunststoffmarkt bis 2020 von 1,5 % auf 3 % verdoppeln. Insbesondere sog. Drop-in-Polymere, die sich chemisch in keiner Weise von ihren Vorbildern aus der Petrochemie unterscheiden, sollen besonders rasch wachsen.

Auch in Deutschland ist man in dieser Hinsicht keineswegs untätig. Am BASF-Standort Schwarzheide in Brandenburg fand Ende Februar/Anfang März 2013 eine Tagung von über 100 Experten zum Thema „Biopolymere und biobasierte Kunststoffe“ statt. Beschlossen wurde die Errichtung einer Außenstelle des Fraunhofer-Instituts für angewandte Polymerforschung, Potsdam. Generell soll in Schwarzheide das Potential für biobasierte Kunststoffe weiter erforscht und praktisch genutzt werden. Seit 2006 stellt die BASF dort mit ca. 1800 Mitarbeitern neben Polyurethan-Grundprodukten, Kunststoffen, Wasserbasislacken, Pflanzenschutzmitteln und Feinchemikalien auch biologisch abbaubare Kunststoffe (Ecoflex) her.

Nach Auffassung von Hans-Peter Fink, FHG Potsdam-Golm, können über zwei Drittel aller Kunststoffe durch Biopolymere als Drop-in-Materialien ersetzt werden. Interessant ist auch noch, dass bei vielen Biopolymeren weniger eine biologische Abbaubarkeit als vielmehr längere Haltbarkeitszeiten gewünscht werden. Die Biopolymere sind also auf einem guten Weg.

*) Wissenschaftsjournalist, Brunnenstr. 16, 72074 Tübingen, Tel./Fax 07071/253015.

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