Während Plastikabfälle unseren Planeten beeinträchtigen, zeigt die Chemieindustrie mit PLA eine grüne und zukunftsfähige Alternative auf.
Plastik ist aus unserem Alltag nicht wegzudenken. Eine der besten Eigenschaften – die lange Lebensdauer – ist gleichzeitig auch ein grosses Problem. Erdölbasierte Kunststoffe sind kaum abbaubar und schadet dadurch unserer Umwelt. So verschmutzen Plastikabfälle nicht nur Müllhalden und Meere, sie sind auch im arktischen Eis und im Grundwasser zu finden. Alternativen sind gefragt, um die Belastung der Umwelt für Menschen und Tiere zu reduzieren.
In diesem Zusammenhang können Biopolymeren aus nachhaltigen Rohstoffen dazu beitragen, CO2-Emissionen zu reduzieren und die Abfallmenge zu verringern. Ein biobasierter und biologisch abbaubarer Kunststoff ist Polymilchsäure. Polymilchsäure (Polylactid Acid, PLA) wird aus nachwachsenden Ressourcen wie Mais, Weizen, Zuckerrohr oder Zuckerrüben hergestellt und ist kompostierbar.
Trotz der umweltfreundlichen Eigenschaften ist der Marktanteil im Vergleich zu rohölbasierten Kunststoffen noch klein, auch wegen höheren Produktionskosten. Doch innovative Produktionstechnologien, wie die von Sulzer Chemtech entwickelte PLA-Herstellung, kann die Bedeutung von kompostierbaren Kunststoffen künftig steigen.
Vielfältige PLA-Anwendungen
Die mechanischen und thermischen Eigenschaften der neuen Biokunststoffe stehen denen von herkömmlichen, auf Öl basierenden Kunststoffen in nichts nach. PLA-Kunststoffe sind für viele Anwendungsbereiche geeignet; zu den wichtigsten gehören Flaschen, Einkaufstüten, Lebensmittelverpackungen, Produkte für die Automobilindustrie, 3-D-Druck, Textilfasern, Vliesstoffe (Windeln), usw. Dank seiner Biokompatibilität wird PLA auch in der Pharmazie und Medizin eingesetzt werden.
Die aus Biomasse gewonnene Milchsäure wird in einem ersten Schritt in das Milchsäuremonomer Lactid umgewandelt. Im zweiten Schritt wird aus diesen Milchsäuremonomeren durch Polymerisierung Polymilchsäure hergestellt. Mit der Technologie von Sulzer Chemtech ist es möglich, PLA mit vielfältigen Eigenschaften herzustellen. Das Molekulargewicht spielt dabei eine entscheidende Rolle. Die Technologie ermöglicht es, den molekularen Aufbau von PLA zu gestalten und anzupassen. Die Methode führt zu einer breiten Palette von PLA-Produkten, die verschiedene Anforderungen erfüllen. Abhängig von der Höhe des Molekulargewichts werden weiche, flexible Kunststoffe oder harte und bruchsichere Varianten hergestellt werden.
Biobasiert und vollständig abbaubar
PLA mit einem höheren Molekulargewicht ist stärker und widerstandsfähiger als PLA mit einem niedrigeren Molekulargewicht. Für Anwendungen in der Textilbranche ist wegen der langen Nutzungsdauer der Fasern eine hohe Widerstandsfähigkeit erforderlich, für Einweganwendungen wie Lebensmittelverpackungen genügt eine geringere Lebensdauer.
Neben diesen Materialeigenschaften kann die Sulzer Technologie durch die Zugabe von D-Lactid, einer speziellen Variante der Milchsäure, den Abbau von PLA im Kompost beeinflussen. PLA-Kunststoffe mit niedrigerem Molekulargewicht die D-Lactid enthalten, werden unter bestimmten Bedingungen im Kompost schneller abgebaut. Dies trägt zur Reduzierung der Umweltauswirkungen von Kunststoffabfällen bei, indem sie in biologisch abbaubare Bestandteile umgewandelt werden.
Innovation in der PLA-Produktion
Um als Ausgangsstoff für PLA verwendet und vollständig polymerisiert werden zu können, muss das Lactid gereinigt werden. Diese Reinigung ist für eine gute Qualität von PLA für jede Anwendungsart erforderlich. Erst danach wird das gereinigte Lactid durch Ringöffnungspolymerisation in Polymilchsäure umgewandelt
In der Vergangenheit lag der Fokus des Unternehmens auf dem zweiten Teil des Prozessschrittes, das heisst der Polymerisation von Lactid zu PLA. Nun wird mit einer von Sulzer Chemtech neu entwickelten Technologie (SULAC TM) auch der erste Prozess von Milchsäure zu Lactid abgedeckt. Durch die vollständige Integration ist die PLA-Herstellung für Kunden deutlich einfacher geworden. Die Hersteller können sich auf einen einzigen Technologieanbieter für ihre PLA-Produktion aus Milchsäure verlassen.
Künftige Herausforderungen
Und wie steht es um die oft geäusserte Kritik, die Verwendung von Agrarprodukten zur Kunststoffproduktion treibe die Lebensmittel- oder Futtermittelpreise in die Höhe? Die Flächen, die für den Anbau von Pflanzen für Kunststoffanwendungen genutzt werden, sind im Vergleich zur gesamten landwirtschaftlichen Fläche sehr klein und machen höchstens 0,001% aus. Sobald die Kunststoffproduktion aus pflanzlichem Zucker deutlich zunimmt, könnte ein Problem entstehen. Um Alternativen für die Verwendung von Zucker zu finden, gehen Unternehmen dieses Problem proaktiv an, indem sie weitere Technologien entwickeln. So kann die PLA-Produktion auch auf Lebensmittelabfällen oder landwirtschaftlichen Abfällen (Zucker der 2. Generation) basieren.
Die Chemieindustrie spielt eine zentrale Rolle bei der Entwicklung von umweltfreundlichen Kunststoffen. Zurzeit ist die Bedeutung von PLA auf dem Kunststoffmarkt noch klein. Pro Jahr werden insgesamt 350 Mio. Tonnen Plastik aber erst 500 000 Tonnen PLA produziert.
Der Kunststoffmarkt wird also immer noch von fossilen Rohstoffen dominiert, aber es gibt immer mehr biobasierte und biologisch abbaubare Moleküle – und von diesem «erneuerbaren» Markt von insgesamt 2 Mio. Tonnen pro Jahr macht PLA bereits einen Viertel aus.
Biobasierte Kunststoffe sind ein wichtiger Baustein nachhaltiger Wirtschafts- und Geschäftsmodelle. Mit der neuen Technologie können PLA-Kunden die Eigenschaften und die Einsatzmöglichkeiten ihrer Biokunststoffe verbessern und ausweiten. Dies ermöglicht Unternehmen, eine breite Palette von neuen Produkten anzubieten und einen Beitrag zur Nachhaltigkeit zu leisten.
Autor
Alex Battù, Senior Sales Manager Polymer, Sulzer Chemtech