17.04.2017 – Nachhaltigkeit soll nicht nur ein Schlagwort bleiben und daran arbeitet ein junges Unternehmen am Standort Straubing. In enger Kooperation mit den dortigen wissenschaftlichen Kompetenztr\u00e4gern entwickeln die Chemiker und Ingenieure der R&D-Abteilung spritzgie\u00dff\u00e4hige Naturfaser-PLA-Compounds. Das PLA geht aus Pre-Consumer-Abf\u00e4llen hervor, die Faserrohstoffe aus regionalen Quellen. Aus Holz- oder Agrarabf\u00e4llen lassen sich Fasern in der gew\u00fcnschten L\u00e4nge herstellen, die in eine modifizierte PLA-Matrix eingebunden werden. Eine an die Rohstoffquellen angepasste Additivierung erm\u00f6glicht sowohl optimale Verarbeitungseigenschaften als auch die Beeinflussung der Abbaueigenschaften der erzeugten Werkstoffe. Ein Plus ist zudem die M\u00f6glichkeit, die Compounds auf bestehenden Anlagen zu verarbeiten.<\/p>\n
Der Einsatz von leistungsf\u00e4higen und in hohem Ma\u00dfe biobasierten Verbundwerkstoffen in der Verpackungsindustrie blieb lange Zeit hinter den Erwartungen und W\u00fcnschen verschiedener Parteien zur\u00fcck. Trotz der grunds\u00e4tzlichen substanziellen Interessensbekundung wichtiger OEMs der Verpackungsindustrie an nachhaltigen und biobasierten Produkten scheitern derartige Projekte oftmals an den Kosten oder mangelnder Kenntnis zur n\u00f6tigen prozesstechnischen Umsetzung.<\/p>\n
Biokunststoffe im Recycling-Prozess<\/p>\n
Dass dies in Zeiten steigender Biokunststoffkapazit\u00e4ten nicht so bleiben muss, zeigt die beispielhafte Verwendung von Pre-Consumer-Biokunststoffabf\u00e4llen und dem erneuten Gebrauch als Sekund\u00e4rrohstoff in Composite-Formulierungen. Der innovative Ansatz des Unternehmens Biofibre mit Sitz in Straubing und Altdorf liefert dabei zudem noch eine gute Umweltbilanz: Biofibre betrachtet in der Entwicklung und Herstellung von Biokunststoffgranulat mit Naturfaseranteil nicht nur die Materialbestandteile, sondern auch den Verarbeitungsprozess als ma\u00dfgebliche Einflussvariable f\u00fcr die Materialeigenschaften und Nachhaltigkeit der Produkte. Dabei sind sowohl verfahrens- und materialseitig als auch in Bezug auf ethische sowie arbeits- und umweltschutztechnische Vorgaben einige Kriterien zu ber\u00fccksichtigen.<\/p>\n
Das Thema Nachhaltigkeit war bei Unternehmen bisher mit geringerer Priorit\u00e4t angesiedelt. Doch im Zuge der Corporate Social Responsibility (CSR) gewinnt das Thema zunehmend an Bedeutung. Die EU verpflichtet Unternehmen, \u00fcber Aspekte der Nachhaltigkeit zu berichten (CSR-Richtlinie 2014\/95\/EU). Aus diesem Grund sind viele kapitalmarktorientierte Unternehmen der Verpackungsindustrie seit dem 1. Januar 2017 zur Ver\u00f6ffentlichung eines Nachhaltigkeits- oder CSR-Bericht verpflichtet.<\/p>\n
Durch den Einsatz von Biocomposites k\u00f6nnen Unternehmen die Kennzahlen bez\u00fcglich des Carbon Footprint f\u00fcr Unternehmen (CCF) und Produkte (PCF) verbessern und damit ihren CSR-Beitrag aufwerten. Jedoch ist das Verst\u00e4ndnis von Nachhaltigkeit, das sich lediglich auf die Erstellung von CSR-Berichten beschr\u00e4nkt, nicht zielf\u00fchrend. Entscheidend sind Umsatz, Gewinn und Cashflow als Messgr\u00f6\u00dfen f\u00fcr den Erfolg eines Unternehmens. Von diesen h\u00e4ngt ab, wie Produktionen gesteuert, Ressourcen verteilt und Investitionen (auch in Nachhaltigkeit) get\u00e4tigt werden. Die Vorgabe dabei lautet: Eine gesteigerte Nachhaltigkeit in m\u00f6glichst allen Bereichen und dadurch einen f\u00fcr alle Beteiligten messbaren Mehrwert zu erreichen.
\nDer technische Kreislauf<\/p>\n
Die Trends der letzten Jahre und aktuelle Prognosen zeigen, dass der Einsatz von biobasierten Kunststoffen in verschiedensten Marktsegmenten zuk\u00fcnftig zunehmen wird. Damit einhergehend werden auch vermehrt Produkte aus biobasierten Kunststoffen im Entsorgungsstrom der Leichtverpackungen wiederzufinden sein. Im Falle des gegenw\u00e4rtig wohl mengenm\u00e4\u00dfig bedeutendsten biobasierten Polymers Polylactid (PLA) stellt das Anfallen gro\u00dfer Abfallmengen bei der Herstellung und die anschlie\u00dfende Entsorgung einen Nachteil dar. Dies wiegt umso schwerer, da Polylactide preislich mit den heute marktbeherrschenden Kunststoffen f\u00fcr den Verpackungsbereich nur schwer konkurrieren k\u00f6nnen (PLLA: ca. 2,20 EUR; PP: ca. 0,70 EUR; PE: ca. 0,80 EUR; Stand 04\/2017). Trotz der positiven Marktmeinung f\u00fcr Endprodukte aus nachwachsenden Rohstoffen scheinen h\u00f6here Preise im Vergleich zu konventionellen Produkten nur im begrenzten Umfang im Markt durchsetzbar zu sein. Diesem Problem hat sich Biofibre angenommen und dabei einen neuen Ansatz der Kreislaufwirtschaft entwickelt. Auf Basis von Pre-Consumer-Abfall wird Polylactid (PLA) aufbereitetet und als spritzf\u00e4higes Material f\u00fcr die Verpackungsindustrie angeboten. Die M\u00f6glichkeit der spritztechnischen Verarbeitung bietet die Voraussetzungen f\u00fcr einen hohen Investitionsschutz bestehender Fertigungseinrichtungen.
\nAus dem Faserb und PLA wird ein spritzgie\u00dff\u00e4higes Granulat hergestellt, dessen Rezeptur an die Anwendung und den Prozess angepasst ist. (BIldquelle: Biofibre)<\/p>\n
Aus dem Faserb und PLA wird ein spritzgie\u00dff\u00e4higes Granulat hergestellt, dessen Rezeptur an die Anwendung und den Prozess angepasst ist. (BIldquelle: Biofibre)<\/p>\n
Dem niedrigeren Preis des recycelten PLA relativ zu den am Markt erh\u00e4ltlichen Polylactiden stehen allerdings gewisse material- und prozessseitige Hemmnisse gegen\u00fcber. So kann das Regranulat diverse Verunreinigungen aus dem ersten Verarbeitungszyklus enthalten, wie Papier-, Farb- und Klebstoffe. Diese sind zwar gesundheitlich unbedenklich, erfordern aber eine gezielte Anpassung der Materialeigenschaften sowie der Feuchtegehalte im zweiten Zyklus. Das Verarbeitungsfenster von PLA und PLA-Regranulaten hinsichtlich Zeit-\/Temperaturbelastung und Restfeuchtigkeit sind sehr eng und \u00fcber die ganze Produktionskette von der Rohmaterialherstellung bis zur Produktion von Endprodukten einzuhalten. Infolgedessen weist das Granulat einerseits eine geringere Z\u00e4higkeit und andererseits eine gesteigerte Wasseraufnahmef\u00e4higkeit auf.<\/p>\n
Um diese Materialeigenschaften zu beherrschen, kommt es daher besonders auf die Materialrezeptur und die Konditionierung aller Verbundbestandteile im zweiten Nutzungszyklus an. W\u00e4hrend des Compoundierprozesses kann durch gezielte Additivierung ein Entgegenwirken der hohen thermomechanischen Belastung erreicht werden. Erst dieser Schritt erlaubt es, die Bandbreite der Verarbeitungsparameter und Materialeigenschaften auszuweiten. Rezepturentwicklung und individuelle Herstellungsverfahren der Biowerkstoffgranulate stammen aus der eigenen Forschungs- und Entwicklungsabteilung und beziehen Ergebnisse aus Innovationsprojekten mit ein.<\/p>\n
Herstellung und Verarbeitung der Compounds<\/p>\n
F\u00fcr die Compoundierung ist eine auf die Komponenten ausgelegte Schneckenkonfiguration notwendig. Auch m\u00fcssen die Heizzonen den Erfordernissen angepasst werden. Als nat\u00fcrliche F\u00fcllstoffe kommen Naturfasern zum Einsatz, die mit einem geringen Anteil von Verarbeitungshilfen mit der Biopolymermatrix optimal verbunden werden. Die Compoundierung mit hohem Faseranteil kann mit verschiedenen Fasermaterialien stabil und wiederholbar erreicht werden. Um die strengen Vorgaben in Bezug auf Faserrestfeuchte einzuhalten, wurde eine innovative Verfahrenstechnik im Bereich des Feedings w\u00e4hrend der Compoundierung entwickelt.
\nAuch feine Strukturen lassen sich mit dem Bio-Faser-Compound spritzgie\u00dfen. (Bildquelle: Biofibre)<\/p>\n
Auch feine Strukturen lassen sich mit dem Bio-Faser-Compound spritzgie\u00dfen. (Bildquelle: Biofibre)<\/p>\n
Eine Herausforderung stellt insbesondere das Angusssystem am Spritzgu\u00df-Werkzeug dar. Eine ung\u00fcnstige Geometrie kann hier zur Sch\u00e4digung des Polymers f\u00fchren. Versuche haben gezeigt, dass hier der Kettenabbau um bis zu 70 Prozent reduziert werden kann. Auch die Flie\u00dfwege in d\u00fcnnwandigen Kavit\u00e4ten k\u00f6nnen durch optimiertes Werkzeugdesign schlie\u00dflich die gew\u00fcnschten mechanischen und optischen Eigenschaften erhalten.<\/p>\n
Der biologische Kreislauf<\/p>\n
W\u00e4hrend die enthaltenen Faserstoffe zum gr\u00f6\u00dften Teil aus hervorragend bioabbaubarer Cellulose bestehen, zeichnet sich das Polylactid durch eine latente Bioabbaubarkeit aus. Der biologische Abbau des PLA beginnt rasch in der industriellen Kompostierung und zeitlich verz\u00f6gert im Boden. Dies ist teilweise von der Kettenl\u00e4nge des PLA abh\u00e4ngig, sodass hier sowohl prozessseitig als auch materialseitig eingegriffen werden kann. Somit sind gute Voraussetzungen f\u00fcr innovative und nachhaltige Produkte in verschiedensten Anwendungsfeldern gegeben, in denen End-Of-Life-Themen, wie zum Beispiel im Gartenbau und in der Agroindustrie, wichtig sind. Aber auch in solchen Feldern, in denen die Produktqualit\u00e4t \u00fcber einen m\u00f6glichst langen Zeitraum gesichert sein soll, wie bei industriellen Umverpackungen und Konsumg\u00fctern, lassen sich die Compounds gut einsetzen.<\/p>\n
Je nach Verarbeitungsbedingungen und Materialrezeptur lassen sich die Werkstoffeigenschaften so einstellen, dass das Material nach Wasserlagerung in sehr kurzer Zeit nahezu vollst\u00e4ndig desintegriert. Der vollst\u00e4ndige biologische Abbau erfolgt dann durch den nat\u00fcrlichen mikrobiellen Einfluss in der Erde, entsprechend dem Cradle-to-Cradle-Prinzip nach Braungart und McDonoguh. Durch die R\u00fcckf\u00fchrung der zuvor entnommenen Rohstoffe wird der nat\u00fcrliche N\u00e4hrstoffhaushalt des Bodens im Gleichgewicht gehalten und die \u00d6koeffektivit\u00e4t der hergestellten Biowerkstoffe gew\u00e4hrleistet. Die herk\u00f6mmliche Werkstoffentwicklung kann somit durch die Definition der biologischen Abbaubarkeit des Materials deutlich \u00fcbertroffen werden und zur Erweiterung des Verwendungszyklus beitragen. Entsprechend liegt neben der biobasierten Material- und Produktgenerierung ein besonderes Augenmerk auf der Entwicklungsarbeit zur zeitlichen Steuerung des Desintegrationsprozesses nach der Verwendungsdauer des Biowerkstoffs.<\/p>\n
Nachhaltigkeit an erster Stelle<\/p>\n
In der Biowerkstoffentwicklung sind zudem der CO2-Footprint und regionale Rohstoffquellen wichtige Aspekte. Dabei soll die Konkurrenz zur Nahrungsmittelindustrie weitestgehend vermieden werden. Besonders attraktiv sind hierf\u00fcr Reststoffe der Forst-, Landwirtschaft- und \u00d6lsaatenindustrie, die bisher vor allem f\u00fcr die energetische Rohstoffnutzung verwendet wurden. In aufbereiteter Form k\u00f6nnen weiterhin Recyclingwaren in einem zweiten Nutzungskreis als \u00f6koeffizente Rohstoffmaterialien verwendet werden. Ein wichtiger Hinweis bez\u00fcglich der beiden genannten Rohstoffquellen ist die in hohem Ma\u00dfe regionale Verf\u00fcgbarkeit. Nicht zuletzt f\u00f6rdert die m\u00f6gliche Verwendung bestehender Anlagen ein nachhaltiges Wirtschaften bei den Compound-Verarbeitern.<\/p>\n
Mitte M\u00e4rz 2017 hat das Europ\u00e4ische Parlament die Mitgliedstaaten im Rahmen des EU-Kreislaufwirtschaftspakets darin best\u00e4rkt, weitere Anreize f\u00fcr die Herstellung von Verpackungen auf Basis nachwachsender Rohstoffe zu schaffen, um schlie\u00dflich die Marktbedingungen f\u00fcr biobasierte Materialien und Produkte zu verbessern. Damit wird erstmalig auch das organische Recycling in die Begriffsdefinition des Recyclings aufgenommen. Konkret kann sich Biofibre auch ein firmeneigenes Kreislaufsystem vorstellen. Gr\u00f6\u00dfere Mengen an Produktionsabf\u00e4llen oder ausgedienten Industrieverpackungen k\u00f6nnten dem Stoffkreislauf erneut mit der Voraussetzung der thermoplastischen Verarbeitbarkeit zugef\u00fchrt werden und bei Bedarf durch ma\u00dfgeschneiderte Additivierung erneut prozessiert werden. Je nach Sortenreinheit und Qualit\u00e4t kann so neben dem Downcycling auch ein Re- und Upcycling des Materials in gleichwertiger oder sogar h\u00f6herwertiger Qualit\u00e4t stattfinden.<\/p>\n
Das bringt den kundenseitigen Vorteil der finanziellen Entlohnung f\u00fcr die Reststoffbeseitigung und unternehmensseitig das vollst\u00e4ndige Schlie\u00dfen der Kreislauff\u00fchrung. Dazu bedarf es dringend einer klaren und m\u00f6glichst einheitlichen Gesetzgebung, wobei hier bereits einiges auf europ\u00e4ischer Ebene angeschoben wird. Weiterhin bedarf es der Aufkl\u00e4rungsarbeit der (End-)Konsumenten bez\u00fcglich biobasierter Produkte, um zuk\u00fcnftig die breite Markteinf\u00fchrung biobasierter Produkte voranzutreiben.<\/p>\n
Neben einem klaren Labeling der Verpackungen (z.B. \u201eauf Basis nachwachsender Rohstoffe\u201c) kommt es auch auf eine geeignete Zertifizierung an. Hierzu gibt es in Europa unabh\u00e4ngige Zertifizierungsstellen wie DIN CERTCO (Deutschland) und Vin\u00e7otte (Belgien), die zuk\u00fcnftig f\u00fcr das Funktionieren des Kreislaufsystems beitragen k\u00f6nnen. Mit dem Vin\u00e7otte-Zertifikat \u201eOK biobased\u201c wird bei der Biofibre GmbH der nachwachsende Ursprung der Rohstoffe ihres Produktes \u201eNatureCel\u201c dokumentiert. Weitere M\u00f6glichkeiten bietet das AVK-Qualit\u00e4tssiegel an. Dabei handelt es sich um Qualit\u00e4tsnachweise, die auch ethische, arbeits- und umweltschutztechnische Kriterien miteinbeziehen. Der Einsatz von Biokunststoffen stellt durch diesen Nachweisprozess eine hilfreiche und zugleich vertrauensvolle Basis dar.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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