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Gira und Nachhaltigkeit
Report 2017

Gute Kunststoffe, schlechte Kunststoffe Kunststoffe sind in Verruf geraten. Grund dafür ist die grassierende Plastikvermüllung unseres Planeten, vor allem unserer Gewässer, die mit Recht als drängende globale Herausforderung gilt. Schließlich werden wir nach einer Studie der Allen McArthur Stiftung 2050 in unseren Weltmeeren mehr Plastik als Fisch vorfinden, sofern die untersuchten 192 Küstenstaaten ihr Abfallmanagement nicht rasch verbessern. Dieser Befund und mehr noch die dramatischen Bilder sowohl von mit Plastikabfällen verseuchten Gewässern und Stränden als auch von Tieren, die an dem Müll verendet sind, haben die Einstellung vieler Menschen zu Kunststoff rund um den Globus verändert.

Statistiken vermitteln einen Eindruck von den Dimensionen des Problems: Seit dem Beginn der Massenproduktion von Kunststoffprodukten sind bis 2015 mehr als 8,3 Mrd. Tonnen Plastik produziert worden. 30 % – dies entspricht knapp 2,5 Mrd. Tonnen – davon sind noch in Gebrauch. Von den restlichen 70 % oder 5,8 Mrd. Tonnen wurden 9 % recycelt und 12 % verbrannt, während mit 79 % die überwiegende Masse auf Deponien bzw. in der Umwelt gelandet ist (siehe Abb. 2). Bis 2050 wird Prognosen zufolge die bis dahin produzierte Plastikmenge auf insgesamt 34 Mrd. Tonnen angestiegen sein. Dazu muss man wissen: Kunststoffe haben je nach Typ eine Verrottungsbzw. Zersetzungszeit von wenigstens 450 Jahren.

Neun Mio. Tonnen Plastik gelangen jährlich in unsere Weltmeere. Nur etwa 1 % davon ist an der Meeresoberfläche sichtbar. Die restlichen 99 % – das sogenannte „missing plastic“ – sind in die Tiefsee gesunken, haben sich im arktischen Eis agglomeriert, wurden wieder an Strände angespült oder haben die Mägen von Meerestieren gefüllt, die daran zumeist zugrunde gehen. Knapp 700 Arten sind davon betroffen.

Abb.: Seitenarm des Tennessee River bei Knoxville (USA)

Anstieg gesamte Kunststoffproduktion in Mrd. Tonnen (t) (kumuliert)




Verwertung der weltweit bis 2015 produzierten Plastikprodukte, die nicht mehr in Gebrauch sind.
Quelle: Roland Geyer, University of California

9%
Recycling

9 MIO. TONNEN PLASTIK GELANGEN PRO JAHR IN DIE OZEANE

Herausforderung Mikroplastik Von besonderer Bedeutung in diesem Kontext ist die Umweltbelastung durch Mikroplastik, also Kunststoffteilchen, die kleiner als fünf Millimeter sind. Man unterscheidet primäres Mikroplastik, das entweder ein eigenes Produkt – etwa Pulver für den 3D-Drucker – ist oder anderen Produkten wie Kosmetikartikeln zugesetzt wird, und sekundäres Mikroplastik. Letzteres entsteht durch mechanischen Einfluss aus Makroplastik – zum Beispiel indem eine Polyethylen-Folie im Uferbereich der Kinzig durch das im Fluss vorbei transportierte Gestein zerrieben wird (Abb. links).

12%
Verbrennung

Nach heutigem Stand der Technik sind Kläranlagen nicht in der Lage, diese Partikel komplett aus Abwässern herauszufiltern. Dies ist deswegen bedenklich, weil Kunststoffe unzählige Verarbeitungshilfsmittel wie Weichmacher, UV-Stabilisatoren oder Flammschutzmittel enthalten. Da Mikroplastik von vielen Wasserlebewesen fälschlicherweise als Nahrungsquelle wahrgenommen wird, gelangen diese Additive mit den Kunststoffpartikeln in deren Magen-Darm- Trakt. Hier werden sie viel schneller als im Wasser selbst herausgelöst und lagern sich in das Fettgewebe ein, noch bevor die nicht verstoffwechselbaren Kunststoffpartikel wieder ausgeschieden werden. Das Mikroplastik übernimmt sozusagen die Rolle des Trojanischen Pferdes. Und dies sogar noch aus einem anderen, weitaus schwerwiegenderen Grund: Mikroplastik wirkt aufgrund seiner adsorbierenden Eigenschaften auf organische Schadstoffe wie ein Magnet. Unpolare Substanzen wie zum Beispiel toxische Phthalate lagern sich in hoher Konzentration auf der Oberfläche oder teilweise sogar im Innern der Kunststoffpartikel an (Abb. 6). Auch diese adsorbierten Substanzen setzen sich im Magen-Darm-Trakt eines Organismus sehr viel schneller frei und können ihn vergiften. Darin besteht die eigentliche Gefahr durch Mikroplastik für den Menschen, wenn dieser entsprechend kontaminierte Meeresfrüchte oder Fisch zu sich nimmt.

 

79%
Deponie oder Umwelt

ADSORPTIONSMODELL VON STOFFEN AN PLASTIKPARTIKELOBERFLÄCHEN

Fast perfektes Material Angesichts dieser Erkenntnisse ist die Versuchung groß, Kunststoffe insgesamt zu verteufeln. Dabei hat kaum eine andere technologische Entwicklung wie die Erfindung von Kunststoffen unser Leben derart umfassend verändert. Ist dieses Material also eher Fluch oder Segen? Kurz geantwortet: Wenn wir richtig damit umgehen, ist Kunststoff ein Segen. Das Material ist so vielseitig, dass es keine Branche gibt, die darauf verzichten könnte (Tab. 1 und Abb. 7). Mit Glasfasern oder Kohlenstoff- Nanotubes erreicht Plastik Festigkeitswerte von metallischen Werkstoffen; mit Plastifizierungshilfsmitteln werden Kunststoffe so weich und biegsam wie Papier. Ob stabile Rohrleitungen oder flexible Schläuche – Kunststoffe retten, verlängern und vereinfachen unser Leben und schonen dabei Ressourcen. Elektroinstallationen, ob in Gebäuden oder menschlichen Körpern, sind ohne Kunststoffe undenkbar. Herzschrittmacher, Dialysegeräte, Defibrillatoren, Inkubatoren, Inhalatoren, Katheder, Blutbeutel, … usw. gäbe es ohne Kunststoffe nicht. Sie haben die Medizintechnik revolutioniert, unsere medizinische Versorgung stark verbessert und damit unsere Lebenserwartung und Lebensqualität erhöht. Heute retten Helme, Airbags und Sicherheitsgurte aus Kunststoff Leben im Straßenverkehr. Durch den Einsatz von leichten Kunststoffmaterialien sind Fahr- und Flugzeuge deutlich leichter geworden. Der damit einhergehende geringere Treibstoffverbrauch reduziert den Schadstoffausstoß auf der Straße, in der Luft und auf dem Wasser. Kunststoffe haben uns die Raumfahrt ermöglicht, und wir können mit Plastikflaschen Wasser in Regionen transportieren und verteilen, in denen für Menschen kein Zugang zu sauberem Trinkwasser besteht. Auch manche Lebensmittelverpackungen halten Lebensmittel länger frisch und ansehnlich.

Wir schätzen die chemische Beständigkeit des Kunststoffs gegenüber Umwelteinflüssen, Säuren, Handschweiß und Wasser. Wasser kann aus Metallleitungen toxische Metallionen freisetzen. Metalle benötigen im Unterschied zu Kunststoffen einen zusätzlichen Korrosionsschutz aus teilweise gesundheitsgefährdeten Stoffen. Plastik schont Energieressourcen, da es weniger energieintensiv in der Herstellung ist als seine metallischen oder keramischen Alternativen. Folien schonen Wälder und Regenwälder, da sie Papier als Verpackung ersetzen. Plastik ist in vielen technischen Anwendungen anderen Materialien überlegen. Kunststoff ist verbunden mit Freizeitgestaltung, Urlaub, Spiel und Spaß, ja auch mit Luxus, und er steigert die Lebensqualität. Gerade diese Lebensqualität laufen wir aber Gefahr durch einen allzu sorglosen Umgang mit Kunststoffen wieder einzubüßen.


Dr. Andreas Fath (54)

ist seit 2011 Professor für Physikalische Chemie und Analytik an der Hochschule Furtwangen. Zuvor hat er sich elf Jahre in der Industrie mit chemischen Entwicklungen und angewandten Oberflächentechnologien beschäftigt. Seine Forschungsschwerpunkte liegen in den Bereichen Wasser/Abwasser und Kunststoffe.

2010 ist er für die Erfindung eines Verfahrens zur Reduzierung von Perfluorierten Tensiden (PFT) in Abwässern mit dem UMSICHT Wissenschaftspreis der Fraunhofer Gesellschaft ausgezeichnet worden. Für bundesweites Aufsehen hat Andreas Fath 2014 mit seinem Projekt „Rheines Wasser“ gesorgt, als er den Rhein von der Quelle bis zur Mündung durchschwommen und gleichzeitig das Rhein- Wasser wissenschaftlich untersucht hat.

Andreas Fath ist Verfasser des Lehrbuchs „Mikroplastik“, das 2019 im Verlag Springer Spektrum erschienen ist.

Foto: © Hochschule Furtwangen

VERWENDUNG UNTERSCHIEDLICHER KUNSTSTOFFTYPEN

Denn in all den Jahren der Massenproduktion von Kunstoffen haben wir es bei aller Euphorie über das „Wundermaterial“ versäumt, uns ausreichend um dessen Entsorgung zu kümmern. Schließlich wird die Beständigkeit des Kunststoffs im Abfall zu einer schweren Last.

Das A und O: der Nutzungskreislauf Dabei sieht die Lösung für das Problem auf dem Papier sehr einfach aus. Nach Möglichkeit sollten Kunststoffe so lange wie möglich im Einsatz bleiben und niemals zu wertlosem Abfall werden. Bei technischen Kunststoffprodukten wie Schaltern und Steckdosen kommt man diesem Ansatz sehr nahe, denn ihre Nutzungsdauer beträgt in der Regel viele Jahre. Überdies bestehen sie überwiegend aus hochwertigeren Kunststoffen, deren Recycling – auch ökonomisch betrachtet – sinnvoller ist als bei Einwegprodukten oder Verpackungen. Doch bei vielen Produkten wie Plastikgeschirr endet der Nutzungskreislauf bereits nach einem Zyklus. Erschwerend kommt hinzu, dass gerade die Verpackungen den größten Anteil der Kunststoffproduktion ausmachen. Von den 12,06 Mio. Tonnen Kunststoffen, die 2015 in Deutschland produziert wurden, entfallen 40 % auf Verpackungen. Diese machen wiederum einen Großteil des zu entsorgenden Plastikmülls aus.

Reduce, Reuse, Recycle Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Plastikmüllflut zu reduzieren. Das langfristige Ziel sollte sein, möglichst viele Kunststoffartikel immer wieder zu verwerten und im Kreislauf zu fahren: sei es als Produkt in einem Upcycling- bzw. Downcycling-Prozess (Reuse) oder als Basismaterial, um erneut Kunststoffe daraus zu machen (Recycle). Dort, wo nach mehreren Nutzungszyklen keine Weiter- bzw. Wiederverwendung möglich ist, bleibt schließlich die Verbrennung des ausgedienten Materials – eine Verwertung, die ökologisch aber nur dann vertretbar ist, wenn die Verbrennungsanlagen über entsprechende Filtertechnologien verfügen und die schadstoffbelasteten Filter ihrerseits am Ende ihres Lebenszyklus sicher eingelagert werden.

Ebenso wichtig ist es, den Einsatz von Kunststoffen zu überdenken, um das Abfallaufkommen zu verringern (Reduce). Denn wir erzeugen schneller Kunststoffabfälle, als wir diese im Moment recyceln oder wiederverwenden könnten Dazu fehlen uns noch die Technologie, die Logistik und die wirtschaftlichen Anreize.

Ansetzen können wir bei unserem eigenen Konsumverhalten. Jede/r kann einen eigenen Beitrag leisten, um den Plastikkonsum zu reduzieren – etwa durch den Verzicht auf Einwegkunststoffprodukte (Plastikbesteck, Einwegflaschen, To go-Becher, Trinkhalme, … usw.) und auf Verpackungsmaterialien aus Plastik.

Ebenso wichtig ist, dass wir Kunststoffabfälle fachgerecht entsorgen. Doch auch in unseren Breiten landen sie viel zu oft einfach in der Umwelt, wo jeder Starkregen und jedes Hochwasser sie über die Kanalisation oder direkt in unsere Gewässer schwemmt. Ein Teil davon bleibt am Uferbewuchs hängen (Abb. 8). Der große Rest wird über Bäche und Flüsse weiter in die Weltmeere transportiert – entweder als Makro- oder schon als Mikroplastik.

Verteilung der Plastik- Jahresproduktion von 12,06 Mio. Tonnen (2015) in Deutschland auf unterschiedliche Branchen.

Quelle: Consultic, Produktion, Verarbeitung und Verwertung von Kunststoffen in Deutschland 2015


4,2 Mio. t
Verpackung


2,74 Mio. t
Konstruktion


1,26 Mio. t
Automobil


0,725 Mio. t
Elektronik

Abb.: Plastikmüll am Ufer der Kinzig nach einem Hochwasser

Umweltbelastungsindex als Lösungsansatz Bei der Beantwortung der Frage, ob Kunststoff gut oder schlecht ist, könnte ein eigener Umweltbelastungsindex (UBI) helfen, der Kunststoffe hinsichtlich ihrer Belastung für die Umwelt kategorisiert. Er könnte zum einen konkrete Ansätze für umwelt- und wirtschaftspolitische Maßnahmen liefern, zum zweiten auch als Orientierungshilfe für umweltbewusste Kunden dienen. Ähnlich wie bei Elektrogeräten, bei denen sich die Käufer über die Klassifizierung A bis G über deren Energieverbrauch informieren können, soll der UBI sie auf einfache Art und Weise über das Umweltbelastungspotential eines Kunststoffprodukts in Kenntnis setzen.

Dabei erfolgt die Bewertung der Kunststoffprodukte in Anlehnung an Schulnoten von „sehr gut [1]“ bis „ungenügend [6]“. Die „Note“ bzw. der UBI errechnet sich aus dem Quotienten der Verrottungszeit tV und der Gebrauchszeit tG eines Kunststoffartikels. Der Logarithmus dieses Quotienten ergibt den Umweltbelastungsindex in den Zahlen 1 bis 6:

UBI = lg (tV / tG)

Ein Beispiel: Ein Plastikteller hat eine Gebrauchszeit von wenigen Stunden, bis er im Müll landet. Wir gehen hier von einem Näherungswert von tG = 10-3 a (0,001 Jahre) aus. Die Verrottungszeit von Polystyrol, aus dem der Teller hauptsächlich besteht, beträgt demgegenüber rund 1.000 Jahre. Der Quotient tV/tG erhält damit den Wert 1000a/0,001a = 106. Durch den Logarithmus zur Basis 10 erhalten wir den Exponenten: In diesem Fall entspricht der UBI der Note 6. Für Steckdosen oder Lichtschalter – ähnliches gilt für Kunststofffensterrahmen oder Kabelisolierungen in elektrischen Hausinstallationen – liegt die Gebrauchszeit tG bei 10 bis 100 Jahren. Selbst wenn diese Produkte denselben Kunststoff wie der Einwegteller verwenden, ist der UBI mit einem Wert von 1 bzw. 2 deutlich besser.


0,355 Mio. t
Haushalt, Sport, Spiele, Freizeit


0,375 Mio. t
Landwirtschaft


0,475 Mio. t
Möbel

UMWELTBELASTUNGSINDEX VON KUNSTSTOFFPRODUKTEN

Da der UBI ein Quotient ist, lässt sich sein Wert auf zwei Arten verbessern: entweder indem man die Verrottungszeit verkleinert oder die Gebrauchszeit des Kunststoffs erhöht. Dies könnte einerseits dazu motivieren, Plastikprodukte zu recyceln oder mehrmals zu verwenden, um deren Gebrauchszeit zu verlängern Andererseits bietet es auch einen zusätzlichen Anreiz für Unternehmen, in Forschung und Entwicklung abbaubarer Kunststoffe (< 1 Jahr unter Realbedingungen) zu investieren.

Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen Die weltweite Jahresproduktion sogenannter „biobased Polymers“, also von Kunstoffen, deren Grundstoffen von Pflanzen oder Mikroorganismen hergestellt werden, soll bis 2020 auf rund 17 Mio. Tonnen ansteigen – eine Verdreifachung seit 2014. Trotz dieser Steigerung ist ihr Anteil im Vergleich zu den jährlich über 400 Mio. Tonnen an Kunststoffen, die weltweit auf petrochemischer Basis produziert werden, immer noch sehr gering. Schwerer wiegt allerdings, dass das Attribut „biobased“ nichts über die biologische Abbaubarkeit (biodegradable) dieser Sorte Kunststoffe aussagt (Tab. 3).

0,28 Mio. t
Medizin

1,6 Mio. t
Sonstige

BIOLOGISCH ABBAUBARE UND NICHT ABBAUBARE BIOBASIERTE POLYMERE

Hinzu kommt, dass „biologisch abbaubar“ nicht bedeutet, dass man Produkte, die dieses Label tragen, sorglos wegwerfen kann in der Annahme, dass sie sich ähnlich wie die fallenden Herbstblätter auf dem Waldboden durch die Unterstützung von Pilzen und Mikroorgansimen zersetzen werden. Als biologisch abbaubar gelten auch solche Polymere, die dazu in Industriekompostieranlagen erst einmal auf 130° C erhitzt werden müssen. Im 10° C kalten Ozeanwasser lösen sie sich nicht auf. Dies schafft noch nicht einmal der Kunststofftyp, der sich derzeit am besten biologisch abbauen lässt.

Das Umweltprogramm der Vereinten Nationen (UNEP) sieht derzeit in biologisch abbaubaren Kunststoffen daher auch keine realistische Lösung des Plastikmüllproblems. In Zukunft vorstellbar sind jedoch von Mikroben hergestellte Polymere, die sich sogar im kalten Salzwasser abbauen, oder der Zusatz von chemischen Additiven, die einen biologischen Abbau beschleunigen. Denn erst dann hätten diese neuen Kunststoffe das Label „biodegradable“ wirklich verdient. Entwicklungen in diese Richtung sind im vollen Gange. Es bleibt also zu hoffen, dass der nötige Fortschritt hier schneller eintritt, als unsere Plastikmüllproduktion weiterwächst.

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