Plastik – Magische Materie und globale Last

Müssen wir Plastik neu erfinden?

Mittwoch, 29.09.2021, 18:30 Uhr

Bild von Rolf Müllhaupt

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Veranstaltende: Collegium generale
Redner, Rednerin: Prof. Dr. Rolf Müllhaupt, Institut für Makromolekulare Chemie, Universität Freiburg
Datum: 29.09.2021
Uhrzeit: 18:30 - 20:00 Uhr
Ort: Auditorium maximum
Hauptgebäude
Hochschulstrasse 4
3012 Bern
Anmeldung: Hier anmelden
Merkmale: Öffentlich
kostenlos

Zusammenfassung des Referats


Können wir die Plastikflut stoppen? Sind Bio‐Kunststoffe, Bio‐Abbau und die aufstrebende BioÖkonomie der heilige Gral? Müssen Kunststoffe neu erfunden werden? Im 21. Jahrhundert leben wir im Plastik‐Zeitalter. Kleine Moleküle der Chemie als Arzneistoffe und Lebensmittelstabilisatoren haben unser Leben verlängert. Riesenmoleküle als Kunststoffe sorgen dafür, dass wir unser langes Leben genießen können und sind im täglichen Leben unverzichtbar. Der Nobelpreisträger Hermann Staudinger erkannte 1920 an der ETH‐Zürich, dass Riesenmoleküle, von ihm Makromoleküle und auch Polymere genannt, in der Natur und in der Technik nach dem gleichen Bauprinzip aufgebaut werden. Tausende kleiner Molekülbausteine werden wie Perlen in einer Perlenkette miteinander verknüpft um Materialeigenschaften gezielt einzustellen. Die Vielseitigkeit von Kunststoffen bei Eigenschaften, Anwendungen, sowie Formgebung wird von keiner anderen Materialklasse erreicht. Alle Menschen, nicht nur in den Industriestaaten, wollen hohe Lebensqualität und brauchen Kunststoff. Parallel zum Wachstum der Weltbevölkerung steigt die weltweite Kunststoffproduktion rasant an, von rund 15 Millionen Tonnen im Jahr 1965 auf heute fast 400 Millionen Tonnen und wird in fünfzig Jahren 1 Milliarde Tonnen pro Jahr weit übersteigen. Weder das Bevölkerungswachstum noch die damit verbundene Plastikproduktion lassen sich stoppen. Gegenwärtig steigt die Plastikmüllflut bedrohlich an! Laut der Ellen MacArthur Foundation machen Kunststoffverpackungen mehr als 26 % des Gesamtvolumens der verwendeten Kunststoffe aus, jedoch weniger als 14 % dieser Verpackungsabfälle werden weltweit wiederverwertet. Dies steht im krassen Gegensatz zu Papier (58 %) sowie Eisen und Stahl (70‐90%). Heute werden jährlich rund 8 Millionen Tonnen Kunststoffabfall und Mikroplastik in die Ozeane geschwemmt. Deshalb muss der Wandel von der linearen zur nachhaltigen Kreislaufwirtschaft vollzogen werden. Auch im Hinblick auf den Klimaschutz müssen die begrenzten fossilen Rohstoffe wie Erdöl, Erdgas und Kohle durch erneuerbare Kohlenstoffquellen wie Biomasse, aber auch Kohlendioxid und Plastikabfall ersetzt werden. Bei der Bio‐Kreislaufwirtschaft mit der verstärkten Nutzung von Biomasse in den Bio‐Raffinerien muss sichergestellt werden, dass keine Konkurrenz mit der Lebensmittelproduktion besteht und die Umwelt nicht belastet werden. Führend bei der Nutzung nachwachsender Rohstoffe sind Naturkautschuk mit ca. 40% der weltweiten Gummiproduktion und Cellulose in der Papierindustrie. In der weltweiten Kunststoffproduktion sind Biopolymere bisher mit geringen Prozentanteilen ohne Bedeutung. Den Anwendungen von Biopolymeren sind vor allem bei der Verarbeitung von Schmelzen deutliche Grenzen gesetzt. Dieses Problem löst man, indem man heute in der Bio‐Raffinerie aus Biomasse Rohstoffe gewinnt und daraus sowohl Biopolymere als auch die sogenannten bio‐basierten Kunststoffe, d.h. synthetische Kunststoffe aus Bio‐Rohstoffen erzeugt. Das weite Spektrum reicht von Polymilchsäure bis hin zu Polyestern wie bio‐PET und PEF sowie grünem Polyethylen und biobasierten Gießharzen. Die Vorteile von Bio‐Rohstoffen und synthetischen Polymeren werden miteinander vereint. Durch die steigende Nachfrage nach Bio‐Produkten wächst heute die Produktion von bio‐basierten Kunststoffen. Biopolymer und bio‐basiert bedeuten jedoch nicht automatisch umweltfreundlich, nachhaltig und bioabbaubar. Auch die Bio‐Plastik‐Produktion im Millionen‐Tonnen‐Maßstab kann das Ökosystem belasten und zu unerwünschten Emissionen sowie erhöhtem Wasserbedarf führen. Der Bioabbau ist attraktiv für spezifische Anwendungen wie z.B. kompostierbare Beutel und Tablettenumhüllungen, bietet aber nicht die globale Lösung des Verpackungsmüllproblems. Er kann stark klima‐, temperatur‐ und auch feuchtigkeitsabhängig sein. Viele Bio‐Kunststoffe taugen zwar für die industrielle Kompostierung und Fermentation, sind jedoch in der Umwelt längere Zeit stabil und können Giftstoffe anreichern. Zudem führt der Bioabbau nicht immer zu Bildung von Kohlendioxid und Wasser, sondern kann wasserlösliche Abbauprodukte und durch Erosionsprozesse auch Mikroplastik bilden, die Luft und Wasser belasten. In der Abwesenheit von Luft kann Methangas entstehen, das klimaschädlicher als Kohlendioxid ist. Wer sich auf den Bioabbau verlässt, neigt in der Regel zum rücksichtslosen Wegwerfen, das nicht allein auf Bio‐Plastik beschränkt ist. Chemcycling ist ein wesentliches Element der Kreislaufwirtschaft in der Technosphäre. Biopolymere können durch Fermentation in die Bausteine aufgespalten werden, während man heute mit neuen Chemcycling‐Verfahren aus sowohl aus den synthetischen als auch den bio‐basierten Kunststoffen, aber auch aus Biomasse und sogar aus Kohlendioxid Rohstoffe gewinnt. Für die Nutzung des Treibhausgases Kohlendioxid als Rohstoff sind erheblich Mengen an erneuerbarer Energie und grüner Wasserstoff erforderlich. Muss man Kunststoff neu erfinden? Wie wäre ein Kunststoff, den man aus Erdöl, Gas, Abfallstoffen der Land‐ und Forstwirtschaft, Algen oder sogar aus Kohlendioxid erzeugen kann, der sich zu 100 % werkstofflich, rohstofflich und sich bei starker Verschmutzung auch energetisch verwerten lässt? Ein Kunststoffabfall, der nicht schimmelt und erdölähnlichen Energieinhalt aufweist und so als chemischer Energiespeicher für zukünftige Generationen dienen kann? Diese Superkunststoffe gibt es. Es sind Kohlenwasserstoffmaterialien wie Polyethylen und Polypropylen, die heute mehr als die Hälfte der weltweit erzeugten Kunststoffe ausmachen. Produziert in hoch effizienten und lösemittelfreien katalytischen Verfahren können vielseitige Kohlenwasserstoffmaterialien aus Erdöl, Gas, aber auch aus Biomasse sowie Kohlendioxid erzeugt werden. Als „schnittfestes Erdöl“ bewahren sie erdölähnlichen Energieinhalt und können weitgehend rückstandsfrei in flüssige und gasförmige Kohlenwasserstoff‐Rohstoffe zurückgespalten werden. Hier dient Plastikabfall sehr wirkungsvoll als Quelle für erneuerbaren Kohlenstoff! Voraussetzung ist jedoch konsequentes Sammeln und Recyclen von Abfällen. Plastik muss nicht neu erfunden werden, aber wir brauchen Werkstoffinnovation und nachhaltige Kunststoffe für die Kreislaufwirtschaft und die effizientere Nutzung erneuerbaren Kohlenstoffquellen wie Biomasse, Kohlendioxid und Abfallkunststoff, um Ressourcen zu schonen und die Versorgung der wachsenden Weltbevölkerung sicherzustellen. Der Vortrag gibt einen Überblick über Trends bei der Entwicklung von nachhaltigen Kunststoffen für die Kreislaufwirtschaft.

Homepage Prof. Dr. Rolf Müllhaupt, Institut für Makromolekulare Chemie, Universität Freiburg