Die Nische namens Biokunststoffe wächst

Kunststoff trägt erheblich zu den globalen Treibhausgasemissionen bei. Im Jahr 2022 verursachten Kunststoffe 1,9 Milliarden Tonnen Treibhausgasemissionen (THG) (3,5 % der weltweiten Gesamtemissionen), wobei 90 % dieser Emissionen auf die Kunststoffproduktion, die Umstellung auf fossile Brennstoffe und die Ausbeutung natürlicher Ressourcen zurückzuführen sind.

Kohlenstoffemissionen haben in den letzten Jahren für Chaos gesorgt. Es besteht jedoch das Potenzial, das Ökosystem durch die Verwendung nachhaltiger Materialien zu schonen, ohne dass die Produktqualität darunter leidet. Da Verpackungen etwa 35 % des gesamten Kunststoffverbrauchs ausmachen, sind sie für die Entwicklung eines vollständig nachhaltigen Produkts von entscheidender Bedeutung. Dieser Anteil besteht hauptsächlich aus Einwegkunststoffen. Das Hauptproblem hierbei ist die Entsorgung, daher ist die Reduzierung des Abfallaufkommens die beste Lösung. Genau hier entsteht das Konzept der wiederverwendbaren und wiederbefüllbaren Verpackungen. Verpackungslösungen aus Metall und Glas erfreuen sich immer größerer Beliebtheit, bringen jedoch ihre eigenen Herausforderungen mit sich (Kosten und Logistik).

Eine Alternative bieten Biokunststoffe. Noch ein Nischenbereich, dennoch gibt es zahlreiche biobasierte Kunststoffe, die sich bereits seit zehn Jahren in der Entwicklungs- oder Pilotphase befinden und in einigen Jahren in die Massenproduktion gehen sollen. Große Lieferanten biobasierter Kunststoffe und Kosmetikunternehmen haben damit begonnen, Verträge und Materialabnahmevereinbarungen zu unterzeichnen. Aufgrund der Risiken, die mit der potenziellen Preisvolatilität fossiler Brennstoffe verbunden sind, ist der Vertrag ein äußerst wichtiger Bestandteil für die Erleichterung des Übergangs von fossilen zu biologischen Brennstoffen.

Zu den erfolgreichen Alternativen zu Einwegplastik gehören:

PEF (Polyethylenfuranoat)PEF ist ein zu 100 % biobasierter Ersatz für petrochemische PET-Verpackungsmaterialien (Polyethylenterephthalat). PEF kann wie PET zur Herstellung von Plastikflaschen, Folien und anderen Verpackungsmaterialien verwendet werden, die in der Körperpflegeindustrie weit verbreitet sind. In der Branche wird PEF als Polyester der nächsten Generation bezeichnet, da es bessere mechanische Eigenschaften und Barriereeigenschaften als Polyester (PET) aufweist und zu 100 % biobasiert ist.

Avantium (Niederlande), das PEF bis Ende 2023 in großem Maßstab vermarkten will, hat bereits Abnahmevereinbarungen mit großen Markeninhabern wie der LVMH-Gruppe unterzeichnet, die PEF-basierte Verpackungsmaterialien in ihren Luxuskosmetikprodukten verwenden will Produkte. Die PEF-LCA-Analyse von Avantium geht beispielsweise davon aus, dass die Verwendung von PEF in einer Flasche die Treibhausgasemissionen über den Lebenszyklus der Flasche voraussichtlich um 33 % reduzieren wird. Die Massenakzeptanz von PEF auf dem Markt muss jedoch noch nachgewiesen werden.

PLA (Poly Lactic Acid)PLA ist ein neuartiges Polymer mit hervorragenden Barriereeigenschaften und einer starken Präsenz in der Verpackungsindustrie. Sie werden weithin als Bio-Alternative zu PET, PVC, PS (Polystyrol), PP (Polypropylen) und ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) vermarktet. Sie können auch verwendet werden, um LDPE, HDPE, PP, PA, PS oder PET teilweise oder vollständig zu ersetzen. BioPak Pty Ltd. (Australien) und Coveris Flexibles (Großbritannien) verfügen über ein vielfältiges Portfolio an PLA-basierten Paketen. Eine weitere interessante Tatsache über PLA ist, dass sein globales Erwärmungspotenzial (GWP) von der Wiege bis zum Werkstor (Kohlenstoffauswirkung eines Produkts von der Produktion bis zur Nutzung) nachweislich nur 0,5 kg Kohlendioxidäquivalent (CO2-Äquivalent) beträgt. Im Vergleich zu den meisten herkömmlichen Kunststoffen bedeutet dies eine Reduzierung des CO2-Fußabdrucks um 75 % (Totalcorbion LCA-Analyse von PLA).

Andererseits gibt die langsame biologische Abbaubarkeit von PLA seit langem Anlass zur Sorge in der Branche, und die Unternehmen arbeiten bereits daran, das Problem anzugehen. Der bemerkenswerteste Aspekt dabei ist die Produktion von hochgradig abbaubarem PLA, das auch in den Ozeanen biologisch abgebaut werden kann. Teijin Limited (Japan) hat im Rahmen seiner Umweltinitiative THINK ECO® hochgradig biologisch abbaubaren Kunststoff hergestellt, indem es einen Beschleuniger für den biologischen Abbau in seine PLA-Qualität integriert hat. Sie können ohne die Hilfe von Bakterien, Pilzen oder anderen Zusatzstoffen biologisch abgebaut werden. Darüber hinaus ist PLA eines der am schnellsten wachsenden Biopolymere; Der Herstellungsprozess ist heute deutlich günstiger und verbraucht weniger Energie als noch vor Jahren. Allerdings kann es zu Einschränkungen/Auswirkungen auf die Produktqualität oder das Verfallsdatum des in der Verpackung abgefüllten Produkts kommen. Aufgrund dieser Einschränkung können wir es nicht für eine Vielzahl von Produkten verwenden, da es selbst biologisch abbaubar ist.

PHA (Polyhydroxyalkanoate)PHAs sind eine breite Klasse biologisch abbaubarer Polymere, von denen jedoch nur wenige hauptsächlich kommerzialisiert werden, darunter PHB/P3HB (Poly(3-hydroxybutyrat)) und seine Copolymere PHBV (Poly(3-hydroxybutyrat) Co-3-hydroxyvalerat), PHBH und P3HB4HB. Sie werden oft als Alternative zu anderen Biokunststoffen wie PLA, PBS, PBAT und anderen vermarktet. PHA reduziert das Potenzial für die globale Erwärmung um 80 %, mit Treibhausgasemissionen von 0,49 kg (CO2-Äquivalent) im Vergleich zu (2-3) kg (CO2-Äquivalent) bei ihren petrochemischen Gegenstücken. Zu ihren Nachteilen zählen die mangelnde Bildung von Mikroplastik, die biologische Abbaubarkeit und die Dampfsperrleistung. Sie sind in Süßwasser, Meerwasser, Erde, Haushaltskompost, Industriekompost, Mülldeponien usw. vollständig biologisch abbaubar. Einige der Unternehmen, wie Bacardi (Bermuda) und Shellworks (Großbritannien), haben bereits damit begonnen, PHAs in ihren Lebensmittel- und Getränkeverpackungen zu verwenden , obwohl die hohen Kosten einer der Gründe für die begrenzte Massenakzeptanz sein können.

Aufgrund der einzigartigen Eigenschaften von PHAs und um Kostenprobleme anzugehen, betreiben einige Industrieunternehmen Forschung und Entwicklung für andere PHAs mit kurzer Kettenlänge (SCL) wie P4HB und PHAs mit mittlerer Kettenlänge (MCL) wie PHBO für große Großserienproduktion und industrielle Anwendungen.

Bio-PE (Bio-Polyethylen)Bio-PE ist ein Tropfen Biopolymer mit teilweisem oder vollständigem Bioanteil. Sie sind chemisch identisch mit ihren petrochemischen Gegenstücken, da Bio-PE-Typen die gleichen Verarbeitungseigenschaften aufweisen wie fossiles PE. Sie können mit den gleichen Kunststoffverarbeitungsanlagen (Blasformen/Spritzguss/Extrusion) ohne zusätzliche Investitionen verarbeitet werden. Braskem (Brasilien) ist mit einer Kapazität von mehr als 200 KTPA Marktführer im Bereich Bio-PE und rechnet aufgrund der steigenden Nachfrage nach Bio-PE mit einer Verfünffachung seiner Volumenkapazität bis 2030. Neben Verpackungsunternehmen wie TetraPak Company (Schweiz) und SIG Combibloc Packaging Company (Schweiz) werden sie auch in anderen Branchen eingesetzt, beispielsweise beim berühmten Spielzeughersteller Lego (Dänemark).

Bio-PP (Bio-Polypropylen) Im Vergleich zu PP auf fossiler Basis reduziert Bio-PP den Abbau fossiler Brennstoffe um etwa 80 %. Ähnlich wie Bio-PE ist auch Bio PP ein Tropfen Biopolymer. Allerdings konnte mit dem Biomassenbilanzverfahren nur teilweise biobasiertes PP hergestellt werden. Das Biomassenbilanzverfahren ist eine Technik zur Reduzierung des Verbrauchs fossiler Brennstoffe und der CO2-Emissionen sowie zur Herstellung nachhaltiger Produkte. Erneuerbare Ressourcen wie Bio-Naphtha oder Biomethan aus organischen Abfällen, Pflanzen oder Pflanzenölen werden in den sehr frühen Phasen der chemischen Herstellung neben fossilen Rohstoffen als Rohstoffe eingesetzt. Kommerzielle Qualitäten haben einen maximalen biobasierten Gehalt von bis zu 40 %. Abhängig davon, wie sich diese Prozesse und Ansätze weiterentwickeln, sind biobasierte Anteile von bis zu 75 % in den nächsten drei Jahren möglich. Im Jahr 2023 kündigte Braskem (Brasilien) das weltweit erste pflanzenproduzierende, vollständig biobasierte Polypropylen im industriellen Maßstab an. Es wird erwartet, dass es im Jahr 2026 betriebsbereit sein wird. In den letzten Jahren wurden mehrere Projekte zur Herstellung von fermentativem Polypropylen (PP) angekündigt, beispielsweise die Partnerschaft zwischen Braskem (Brasilien), Cargill (USA) und Novozyme (Dänemark). Die meisten dieser Programme wurden aus Kostengründen eingestellt.

Ist das ein verpackungsspezifischer Trend oder gilt er auch für andere Branchen? Verpackungen machen etwa 50 % des gesamten Biokunststoffs aus. Allerdings diversifiziert sich das Anwendungsportfolio immer weiter. Segmente wie Automotive & Transport oder Building & Construction bleiben aufgrund der wachsenden Kapazitäten an funktionellen Polymeren auf dem Vormarsch. Verbraucher bevorzugen umweltfreundliche Produkte. Dies ist in der Körperpflege und Kosmetik sowie in der Landwirtschaft und im Gartenbau stärker sichtbar. Bio-SAP (Super Absorbent Polymer) ist ein wichtiges Beispiel für ein Biopolymer in dieser Branche. Superabsorbierendes Polymer (SAP) wird aufgrund seiner wasserabsorbierenden und wasserspeichernden Eigenschaften hauptsächlich in Hygieneanwendungen, in der Landwirtschaft/Gartenbauindustrie und anderen Branchen eingesetzt. Bio-SAP ist ein Tropfen Biopolymer auf das nicht biologisch abbaubare SAP, das aus Petrochemikalien gewonnen wird. Die großen SAP-Player wie Nippon Shokubai (Japan) und Evonik (Deutschland) produzieren biobasiertes SAP (teilweise biobasiertes SAP), um nachhaltigere Produkte für verschiedene Branchen zu entwickeln. Darüber hinaus stellen auch Unternehmen wie Magic SRL (Italien), Polygreen Group (Israel), UPL (Indien) usw. vollständig biobasiertes SAP her. Da der Markt weiterhin auf biobasierte Materialien setzt, wird sich dieser Trend in Branchen wie FNB und Körperpflege beschleunigen.

Werden Biokunststoffe in den nächsten Jahren eine bedeutende Rolle in der Verpackungsindustrie spielen? Derzeit machen Biokunststoffe nur <1 % (2.300 KT) des gesamten Polymermarktes aus. Aufgrund der steigenden Nachfrage nach Biokunststoffen und der Präferenz der Verbraucher für Nachhaltigkeit wird jedoch ein exponentielles Wachstum mit einer jährlichen Wachstumsrate von 23 % zwischen 2022 und 2028 erwartet. Unternehmen erhöhen bereits ihre Produktionskapazitäten, um der wachsenden Nachfrage in naher Zukunft gerecht zu werden. Es könnte bis zu einem Jahrzehnt dauern, bis die Entwicklung neuer Qualitäten zur Bewältigung der oben genannten Herausforderungen (biologische Abbaubarkeit und Kosten) zu einem wichtigen Bestandteil der Verpackungsindustrie wird.

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