Folie aus Biokunststoff vermeidet Konkurrenz zum Lebensmittel-Anbau
Algen und Abfall sind die Rohstoffe für eine neue Folie aus Biokunststoff. Dank der Algen vermeidet dieser Biokunststoff die Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion. Die Folie lässt sich auf konventionellen Blasfolienanlagen herstellen und ist kompostierbar. Nanomaterialien sorgen für gute Materialeigenschaften. Gleichzeitig trüben diese Nanomaterialien die Ökobilanz der neuen Folie.
Mit nanoskaligen Chitin funktionalisierte Agrarfolie zur Reifung von Bananen.
Foto: Fraunhofer Umsicht
Folien und Verpackungen aus Kunststoff sind in der heutigen modernen Lebensmittel- und Warenwirtschaft nahezu unverzichtbar. Das Problem bei konventionellen Kunststoffen entsteht nach dem Gebrauch. Die großen Strudel aus kleinen Plastikteilchen in den Ozeanen sind trauriger Beleg dafür. Groß ist daher der Druck, Folien und Verpackungen aus Biokunststoffen herzustellen. Oft stehen solche Biokunststoffe in Konkurrenz zum Lebensmittel-Anbau, nehmen die Pflanzen für die Biokunststoffe wertvolles Ackerland in Beschlag.
Folie besteht aus Abfallmaterial und algenbasierter Biomasse
Einen neuen Weg geht das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik Umsicht mit Sitz in Oberhausen. Umsicht hat im Projekt Eclipse in einem internationalen Konsortium ein Verpackungskonzept entwickelt, welches auf fossile Rohstoffe verzichtet und nicht mit der Lebensmittelerzeugung konkurriert. Die beiden kompostierbaren Folien bestehen aus Abfallmaterialien sowie algenbasierter Biomasse.
Polymilchsäure extrahiert
Für die neuen Biokunststoffe verwenden die Forscher Algen aus Biomasseabfällen der Biodiesel-Produktion, aus denen sie Polymilchsäure als Basis für den Biokunststoff extrahieren. Dazu geben sie nanoskalige Fasern und Füllstoffe aus Bananen- oder Mandelschalen oder auch Fischereiabfälle wie Chitin aus Krustentieren, um die Materialeigenschaften zu verbessern. Die mit dem Chitin versehene Folie besitzt eine hohe Werkstofffestigkeit und ist äußerst widerstandsfähig. Zudem besitzt sie pilzhemmende Eigenschaften.
Herstellung auf konventionellen Blasfolienanlage
„Die Herstellung der homogenen Blasfolie erfolgte zunächst im Technikum von Fraunhofer Umsicht und anschließend als industrieller Prozess auf einer konventionellen Blasfolienanlage für Folien aus Polyethylen beim Projektpartner Banacol in Kolumbien.
Die entwickelten Folien verzichten auf fossile Rohstoffe und sind konkurrenzlos zur Lebensmittelindustrie.
Quelle: Fraunhofer Umsicht
Hier konnte erfolgreich eine bis zu zehn Mikrometer dünne Mono-Blasfolie bei einem Durchsatz von 100 Kilogramm pro Stunde produziert werden“, erläutert Dipl.-Ing. Hendrik Roch, Abteilung Biobasierte Kunststoffe bei Fraunhofer Umsicht.
Folie trotzt hohen Temperaturen
Biokunststoffe sind häufig nicht temperaturbeständig. Gießt man heißen Kaffee in einen solchen Biokunststoffbecher, so verliert er augenblicklich jede Struktur und fällt zusammen. Die Folie der Fraunhofer-Forscher ist deutlich resistenter. Sie konnte bei Temperaturen zwischen 150 und 250 °C, die für Polyethylen-Folien üblich sind, stabil verarbeitet werden. Die Folie ist flexibel und fest, milchig-transparent und kann mit Additiven leicht eingefärbt sowie UV-beständig gemacht werden. Den Praxistest im Feldversuch bei der Bananenreifung hat die Folie auf zwei klimatisch unterschiedlichen Plantagen von Banacol erfolgreich bestanden.
Barrierefolie gegen Sauerstoff- und Feuchtigkeitsverlust
Der zweite Biokunststoff der Umsicht-Forscher ist eine Standbeutel-Verpackung für Feuchttücher. Der transparente Werkstoff lässt sich problemlos auf einer konventionellen Flachfolienanlage verarbeiten und ist hochfest. Eine zusätzliche Barriere-Folie gewährleistet, dass das Material nur wenig Sauerstoff und Feuchtigkeit durchlässt.
„Das Material ist immer noch etwas steifer als beispielsweise konventionell eingesetzte Polyethylenterephtalat-Folien oder Polyethylen-Folien für Standbeutel, generell stehen die Werkstoffeigenschaften der Biofolie denen der erdölbasierten Produkte in nichts nach“, bilanziert Roch.
Noch nicht konkurrenzfähig
Parallel zur technischen Entwicklung der Biokunststoff-Folien erstellten die Forscher eine ökologische und ökonomische Bewertung der Folien. Neben dem Energieaufwand für die Herstellung wurden sieben Umweltwirkungen, wie beispielsweise die Klimawirksamkeit untersucht.
Algen sind derzeit ein beliebtes Untersuchungsobjekt. Im Forschungszentrum Jülich beispielsweise wurde 2014 das Algen Science Center in Betrieb genommen. Hier wird zum Beispiel die Produktion von Algen und deren Umwandlung zu Biokerosin unter die Lupe genommen.
Quelle: Forschungszentrum Jülich
Zusammengefasst ist das neue Material in den meisten Umweltwirkungskategorien und auch aus ökonomischer Perspektive schwächer als konventionelle Kunststoff-Folien. Vor allem der Einsatz von Nanomaterialien trübt die Ökobilanz. Für die Forscher bedeutet das: Zurück in die Entwicklungsabteilung. Denn zum heutigen Stand der Technik ist die Folie aus den Algen noch nicht konkurrenzfähig.
Ein Beitrag von:
