Was sind biobasierte umweltfreundliche Materialien und warum sind sie wichtig?

Biobasierte, umweltfreundliche Materialien sind Materialien, die ganz oder teilweise aus erneuerbarer Biomasse wie Stärke, Zellulose, Pflanzenölen oder landwirtschaftlichen Rückständen anstelle von fossilem Öl und Gas hergestellt werden. Kompostierbare Materialien auf Stärkebasis sind die Untergruppe, die ein aus Stärke gewonnenes Grundgerüst mit biologisch abbaubaren Polymeren kombiniert, sodass das fertige Produkt in einer Kompostieranlage zersetzt werden kann. Sie sind wichtig, weil sie die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen verringern, den CO2-Fußabdruck von Verpackungen und Einwegprodukten verringern können und Marken eine zertifizierte End-Life-Option für Artikel bieten, die schwer zu recyceln sind, wie z. B. mit Lebensmitteln kontaminierte Beutel, Einlagen und Gastronomiegeschirr.

Es lohnt sich, von Anfang an drei Ideen im Hinterkopf zu behalten. Erstens sind „biobasiert“, „biologisch abbaubar“ und „kompostierbar“ drei verschiedene Eigenschaften, und ein Material kann eine ohne die anderen haben. Zweitens hängt der Nutzen für die Umwelt vom Rohstoff, dem Prozess und dem, was am Ende der Lebensdauer passiert, und nicht nur vom Etikett ab. Drittens handelt es sich bei stärkebasierten Harzen um echte technische Werkstoffe mit eigenen Verarbeitungsregeln, und sie erbringen die beste Leistung, wenn sie auf die richtige Anwendung abgestimmt sind. In den folgenden Abschnitten werden die Begriffe, die Rohstoffauswahl, die Herstellung von Stärkeverbindungen, der Vergleich mit herkömmlichen Kunststoffen, der Einsatzort, die Verarbeitung und Zertifizierung sowie die Beschreibung ohne Übertreibung erläutert.

Biobasiert, biologisch abbaubar und kompostierbar: Drei verschiedene Eigenschaften

Käufer verwenden diese Wörter oft so, als ob sie dasselbe bedeuten würden. Dies ist nicht der Fall, und eine Verwechslung führt zu falschen Spezifikationen und falschen Behauptungen.

Die praktische Lektion ist, dass biobasierte Inhaltsstoffe Aufschluss darüber geben, woher der Kohlenstoff stammt, während die Kompostierbarkeit Aufschluss darüber gibt, was passiert, wenn das Produkt weggeworfen wird. Ein kompostierbarer Beutel auf Stärkebasis kann beides sein. Ein Beutel aus biobasiertem Polyethylen ist biobasiert, aber nicht kompostierbar, und eine kompostierbare Folie auf vollständig fossiler Basis ist kompostierbar, aber nicht biobasiert. Geben Sie jede Eigenschaft einzeln an und fordern Sie den Prüfbericht an, der dies belegt.

Woher die Rohstoffe kommen: Drei Rohstoffgenerationen

Nicht alle biobasierten Rohstoffe haben die gleiche Umweltbelastung. Eine sinnvolle Möglichkeit, sie zu vergleichen, ist der Generationenvergleich, der beschreibt, wie direkt der Rohstoff mit Nahrungsmitteln und Land konkurriert.

Die meisten Starch-Based Compostable Materials Die heute verkauften Produkte verwenden Rohstoffe der ersten Generation, hauptsächlich Mais und Maniok, da Stärke aus diesen Pflanzen reichlich vorhanden, konsistent und kostengünstig ist. Das gibt durchaus Anlass zur Sorge, und es lohnt sich, das Ausmaß im Blick zu behalten. Die weltweite Produktion von Biokunststoffen beläuft sich auf etwa 2 Millionen Tonnen pro Jahr, verglichen mit etwa 400 Millionen Tonnen aller Kunststoffe. Biokunststoffe machen also deutlich weniger als 1 Prozent der Gesamtmenge aus und beanspruchen deutlich weniger als 0,1 Prozent der weltweiten Agrarfläche. Dennoch wird die Beschaffung von Stärke aus Verarbeitungsrückständen und zertifizierten nachhaltigen Betrieben mit steigenden Mengen immer wichtiger. Fragen Sie Ihren Lieferanten, woher die Stärke kommt und ob die Quelle zertifiziert oder rückverfolgbar ist.

Auch der Transport ist wichtig. Der Transport von sperrigem landwirtschaftlichem Material über weite Strecken führt zu zusätzlichen Emissionen, sodass eine Lieferkette, die regionale Rohstoffe verwendet, einen geringeren Fußabdruck haben kann als eine Lieferkette, die Stärke über Kontinente transportiert. Berücksichtigen Sie bei der Beurteilung eines Materials die gesamte Kette, vom Feld bis zum Fabriktor.

Wie kompostierbare Materialien auf Stärkebasis hergestellt werden

Rohstärke ist ein weißes Pulver aus kleinen Körnchen. Es kann nicht wie herkömmlicher Kunststoff geschmolzen und geformt werden, da es sich zersetzt, bevor es fließt. Der entscheidende Schritt bei der Herstellung eines verwendbaren Harzes besteht darin, Stärke in thermoplastische Stärke, oft TPS genannt, umzuwandeln und diese dann mit anderen biologisch abbaubaren Polymeren zu mischen.

1. Stärke plastifizieren: Stärke wird mit einem Weichmacher wie Glycerin oder Sorbitol und einer kleinen Menge Wasser vermischt, dann in einem Extruder erhitzt und geschert. Das Granulat quillt auf und zerfällt in eine kontinuierliche, schmelzverarbeitbare Phase.
2. Blending with biodegradable polymers: TPS allein ist feuchtigkeitsempfindlich und kann spröde sein, daher wird es mit biologisch abbaubaren Polyestern wie PBAT, PLA, PBS oder PCL vermischt. Der Polyester bildet die starke, wasserbeständige Matrix und die Stärke fungiert als kostengünstiger, erneuerbarer Füllstoff und Modifikator.
3. Zugabe von Verträglichkeitsvermittlern und Zusatzstoffen: Geringe Mengen an Verträglichkeitsvermittlern unterstützen die Bindung der Stärke- und Polyesterphasen, und Gleit-, Antiblock- und Verarbeitungshilfsmittel verbessern die Handhabung und Formgebung der Folie.
4. Pelletieren und Trocknen: Die Schmelze wird in Pellets geschnitten, auf einen niedrigen Feuchtigkeitsgehalt getrocknet und in Beutel mit Feuchtigkeitsbarriere verpackt.

Der Stärkegehalt kommerzieller Verbindungen variiert je nach Anwendung. Als allgemeiner Richtwert kann er zwischen etwa 20 und 70 Gewichtsprozent liegen. Ein höherer Stärkegehalt senkt die Kosten und erhöht den biobasierten Anteil, verringert jedoch tendenziell auch die Wasserbeständigkeit und Dehnung, sodass Folienqualitäten normalerweise weniger Stärke enthalten als starre Spritzgussqualitäten.

Vergleich kompostierbarer Materialien auf Stärkebasis mit herkömmlichen Kunststoffen

Stärkeverbindungen können Polyethylen in vielen Folien- und Formanwendungen ersetzen, sie sind jedoch nicht damit identisch. Wenn Sie die Unterschiede kennen, können Sie realistische Erwartungen setzen und darauf aufbauend entwerfen.

Why Cost Per Kilogram Misleads

Da Stärkeverbindungen eine höhere Dichte als Polyethylen haben, ergibt ein Kilogramm Material bei gleicher Dicke weniger Film. Ein Kilogramm Polyethylen mit 0,92 g pro Kubikzentimeter ergibt, aufgeblasen in eine 20 Mikrometer dicke Folie, etwa 54 Quadratmeter. Ein Kilogramm einer Verbindung mit 1,3 g pro Kubikzentimeter ergibt etwa 38,5 Quadratmeter, also etwa 29 Prozent weniger.

Der Preis pro Kilogramm unterschätzt daher den tatsächlichen Unterschied. Nehmen wir zur Veranschaulichung an, dass Polyethylen 1,3 USD pro Kilogramm kostet und eine Stärkeverbindung 3,0 USD pro Kilogramm kostet. Die Polyethylenfolie kostet etwa 0,024 USD pro Quadratmeter, die Stärkefolie kostet etwa 0,078 USD, also etwa das 3,3-fache. Bei diesen Preisen handelt es sich um Beispiele, nicht um Marktnotierungen, aber die Methode ist allgemeingültig. Vergleichen Sie immer die Kosten pro Quadratmeter oder pro fertigem Artikel und suchen Sie nach Möglichkeiten, den Wert wiederzuerlangen, z. B. durch Reduzierung der Dicke oder Verkauf auf der Grundlage der Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und des Markenimages.

Wo kompostierbare Materialien auf Stärkebasis verwendet werden

• Einkaufstaschen und Einkaufstüten: Zertifiziert kompostierbare Tragetaschen und dünne Lebensmittelbeutel, die für die Sammlung von Lebensmittelabfällen wiederverwendet werden können, sofern eine Bio-Sammlung vorhanden ist.
• Compost bin liners and garbage bags: Beutel, die mit ihrem Inhalt in den Bioabfallstrom gelangen, wodurch die Sammlung von Lebensmittelabfällen sauberer und einfacher wird.
• Landwirtschaftliche Mulchfolie: Folie, die nach der Ernte in den Boden eingearbeitet wird, wobei der biologische Abbau im Boden validiert wird, wodurch Arbeitsaufwand beim Entfernen eingespart wird.
• Gastronomieartikel: Besteck, Teller, Deckel und Behälter aus spritzgegossenen oder thermogeformten Stärkeverbindungen, sofern eine kompostierbare Sammlung möglich ist.
• Flexible Verpackungen und Versandtaschen: Kuriertaschen, Back- und Snackverpackungen sowie Lebensmittelverpackungen, meist mit gemischten oder beschichteten Strukturen.
• Schutzverpackung: lose Füll- und Formschaumstoffe aus Stärke als Alternative zu expandiertem Polystyrol.
• Weitere Einwegartikel: Strohhalme, Rührstäbchen, Handschuhe sowie Werbe- oder Eventartikel, je nach Qualität.

Die besten Passungen haben ein gemeinsames Merkmal. Das Produkt ist schwer zu reinigen oder mit Lebensmitteln verunreinigt, es wird nur einmal verwendet und es gibt einen realistischen Weg zur Kompostierung. In diesen Fällen löst die Kompostierbarkeit ein echtes Abfallproblem und ermöglicht, dass die Verpackung mit den Lebensmittelresten in ein Verarbeitungssystem gelangt, das sie verwenden kann.

Vorteile für die Umwelt und ihre Grenzen

Was biobasierte umweltfreundliche Materialien bieten können

• Geringerer fossiler Kohlenstoff: Der Ersatz eines Teils des ölbasierten Inhalts durch Pflanzenkohlenstoff reduziert den Verbrauch fossiler Ressourcen.
• Mögliche geringere Treibhausgasemissionen: Lebenszyklusstudien zeigen bei stärkebasierten Materialien häufig geringere Emissionen als bei fossilen Kunststoffen, da die Pflanzen während ihres Wachstums Kohlendioxid aufnehmen. Die Ergebnisse variieren je nach landwirtschaftlicher Praxis und Energiequellen.
• Abfallumleitung: Zertifiziert kompostierbare Produkte können mit Lebensmittelabfällen gesammelt werden, was dazu beiträgt, organisches Material von der Mülldeponie abzuleiten und es in Kompost umzuwandeln.
• Reduzierte Persistenz: Unter ordnungsgemäß verwalteten Bedingungen verbleibt das Material nicht als langlebiges Fragment.

Was sie nicht garantieren

• Nicht automatisch besser: Wenn die Ernte mit intensiven Inputs angebaut oder weit transportiert wird, kann der Fußabdruck dem eines fossilen Kunststoffs nahe kommen. Betrachten Sie den gesamten Lebenszyklus.
• Keine Lizenz zum Wegwerfen: Kompostierbare Kunststoffe benötigen die richtigen Bedingungen zum Abbau und können in kaltem Wasser oder trockener Einstreu lange bestehen bleiben.
• Nicht für jeden Einsatz geeignet: Artikel, die eine lange Haltbarkeit, hohe Hitze oder starke Barrieren erfordern, sind möglicherweise besser mit recycelbaren Materialien ausgestattet.
• Nicht immer akzeptiert: Viele Kompostieranlagen und Bio-Sammelsysteme akzeptieren nur zertifizierte Produkte, einige akzeptieren keine. Überprüfen Sie daher die Akzeptanz vor Ort, bevor Sie behaupten, dass ein Artikel kompostiert werden kann.

Lebensende: Kompostierungsstandards und Zertifizierung

Damit ein Produkt als kompostierbar gilt, muss es nach einem anerkannten Standard zertifiziert sein. Die wichtigsten Normen sind EN 13432 in Europa, ASTM D6400 in den Vereinigten Staaten und ISO 17088 international. Sie testen vier Dinge.

Diese Tests werden unter industriellen Kompostierungsbedingungen durchgeführt, normalerweise bei etwa 58 Grad Celsius mit kontrollierter Feuchtigkeit und Luft. Die Heimkompostierung ist kühler, oft bei 20 bis 30 Grad Celsius, und sie dauert länger, daher gibt es eine separate Heimkompostierbarkeitszertifizierung mit längeren Testzeiträumen. Ein Produkt, das den Industrietest besteht, ist nicht automatisch für den Hinterhof geeignet.

Die Zertifizierung hängt auch von der genauen Rezeptur und Dicke ab. Wenn Sie die Folienstärke, die Zusatzstoffe oder den Lieferanten ändern, kann es sein, dass das Zertifikat das Produkt nicht mehr abdeckt. Fordern Sie ein Zertifikat mit Angabe der Güteklasse und der maximalen Dicke an und halten Sie es auf dem neuesten Stand. Auf Mülldeponien können kompostierbare Kunststoffe langsam zerfallen und Methan freisetzen. Sie sind daher nicht für die Entsorgung auf Mülldeponien geeignet und das Produktetikett sollte den Verbrauchern mitteilen, wie sie es zu entsorgen haben.

Verarbeitung kompostierbarer Materialien auf Stärkebasis

Die meisten starch based compounds run on standard blown film, cast film, injection molding, or thermoforming equipment, but they need attention to moisture, temperature, and shear. The guidance below is general, so follow the data sheet for your grade.

• Trocknen Sie das Harz: Stärke hält Wasser und Feuchtigkeit erzeugt Blasen, Löcher und raue Oberflächen im Film. Trocknen Sie es gemäß den Anweisungen des Lieferanten und bewahren Sie das Harz bis zur Verwendung in versiegelten Beuteln auf.
• Schmelzetemperatur kontrollieren: Stärke zersetzt sich bei höheren Temperaturen. Halten Sie daher die Schmelztemperatur in dem vom Lieferanten angegebenen Bereich, bei vielen Stärken üblicherweise unter etwa 180 bis 190 Grad Celsius.
• Verwenden Sie eine geeignete Schnecken- und Matrizenkonstruktion: Eine mäßige Scherung, glatte Fließwege und eine saubere Matrize tragen dazu bei, Qualitätsverlust und Ablagerungen zu vermeiden.
• Vermeiden Sie lange Verweilzeiten: Langes Verweilen im Fass kann das Material verdunkeln und schwächen. Spülen Sie es daher vor dem Abschalten.
• Beachten Sie das Siegelfenster: Die Heißsiegeltemperaturen sind häufig niedriger als bei Polyethylen. Testen Sie die Versiegelungen daher an Ihrer eigenen Ausrüstung.
• Fertigware richtig lagern: Bewahren Sie Folien und Produkte kühl und trocken auf und verwenden Sie sie innerhalb der empfohlenen Zeit.

Markttreiber, Herausforderungen und Chancen

Mehrere Kräfte treiben die Nachfrage nach biobasierten umweltfreundlichen Materialien voran. Regierungen schränken den Einsatz von Einwegkunststoffen ein, legen Zielvorgaben für Recycling- und erneuerbare Inhalte fest und verlangen an manchen Orten kompostierbare Verpackungen für bestimmte Artikel. In der Europäischen Union gibt es Vorschriften für Einwegkunststoffe und eine Verpackungsverordnung, die Anforderungen an die Kompostierbarkeit bestimmter Artikel festlegt, wobei die Daten vom Produkt abhängen. Viele andere Länder, Städte und Bundesstaaten schränken dünne Plastiktüten ein und bevorzugen zertifizierte Alternativen. Auch Marken setzen ihre eigenen Ziele und Verbraucher fragen immer häufiger nach der Herkunft und dem Ende der Lebensdauer ihrer Produkte.

So wählen Sie einen Lieferanten für biobasiertes Harz aus

Gute Lieferanten können zeigen, was sie verkaufen. Nutzen Sie die folgende Checkliste, wenn Sie Angebote vergleichen und Dokumente anfordern, nicht nur Ansprüche.

Führen Sie eine Testversion durch, bevor Sie sich verpflichten

1. Fordern Sie Muster an Bitte informieren Sie sich über die genaue Sorte und das Datenblatt.
2. Trocknen Sie es und führen Sie einen kurzen Probelauf durch auf Ihrer eigenen Ausrüstung, indem Sie Temperaturen, Geschwindigkeiten und Schrott aufzeichnen.
3. Testen Sie das Produkt für Festigkeit, Versiegelung und gegebenenfalls Füll-, Fall- und Haltbarkeitsleistung.
4. Überprüfen Sie das Zertifikat abhängig von der Dicke und Formulierung Ihres Produkts.
5. Kosten pro Artikel berechnen, anhand der realen Folienfläche oder des Teilegewichts und nicht allein des Preises pro Kilogramm.
6. Planen Sie den Start mit Etiketten, Entsorgungshinweisen und Kundeninformationen.

Ehrliche Umweltaussagen machen

Der Begriff „umweltfreundlich“ ist vage und die Aufsichtsbehörden in vielen Regionen erwarten, dass Umweltaussagen spezifisch und zutreffend sind und durch Beweise untermauert werden. Vage Behauptungen können zu rechtlichen Risiken führen und das Vertrauen untergraben. Die folgenden Gewohnheiten helfen.

• Seien Sie konkret: sagen Sie „enthält 40 Prozent biobasierten Kohlenstoff“ oder „zertifiziert kompostierbar nach EN 13432“, nicht nur „grün“ oder „natürlich“.
• Ordnen Sie die Behauptung den Beweisen zu: Bewahren Sie die Testberichte und Zertifikate auf und aktualisieren Sie sie, wenn Sie eine Rezeptur ändern.
• Entsorgung erklären: Teilen Sie den Benutzern mit, wohin das Produkt gelangen kann, beispielsweise in eine zertifizierte industrielle Kompostiersammlung, und wohin es nicht gelangen soll.
• Übertreiben Sie es nicht: Vermeiden Sie es zu sagen, dass ein Produkt „verschwindet“ oder „sicher weggeworfen“ werden kann.
• Verwenden Sie anerkannte Logos nur mit Genehmigung: Zertifizierungszeichen haben Regeln für die Verwendung.
• Untermauern Sie es mit Daten: Eine Lebenszyklusanalyse, selbst eine einfache, untermauert die Behauptungen über den CO2-Fußabdruck.

Häufig gestellte Fragen

1. Was sind biobasierte umweltfreundliche Materialien?

Dabei handelt es sich um Materialien, die ganz oder teilweise aus erneuerbarer Biomasse wie Stärke, Zellulose oder Pflanzenölen anstelle von fossilem Öl und Gas hergestellt werden. Ihre Vorteile hängen vom Ausgangsmaterial, dem Prozess und dem Ende der Lebensdauer ab. Überprüfen Sie daher die Beweise, die hinter jeder Behauptung stehen.

2. Was sind kompostierbare Materialien auf Stärkebasis?

Dabei handelt es sich um Materialien, die auf thermoplastischer Stärke basieren, gemischt mit biologisch abbaubaren Polymeren wie PBAT oder PLA, und für den Zerfall unter Kompostierungsbedingungen zertifiziert sind. Typische Produkte sind Kompostbeutel, Einlagen, Mulchfolie und Gastronomiegeschirr.

3. Ist biobasiert dasselbe wie biologisch abbaubar?

Nein. Biobasiert beschreibt, woher der Kohlenstoff kommt, und biologisch abbaubar beschreibt, ob Mikroorganismen das Material abbauen können. Ein Material kann biobasiert und nicht biologisch abbaubar sein oder biologisch abbaubar und nicht biobasiert.

4. Können kompostierbare Produkte auf Stärkebasis in den heimischen Kompostbehälter gegeben werden?

Nur wenn sie über eine Heimkompostierbarkeits-Zertifizierung verfügen. Viele Produkte sind nur für die industrielle Kompostierung zertifiziert, bei der höhere Temperaturen zum Einsatz kommen. Überprüfen Sie das Etikett und befolgen Sie die Entsorgungsanweisungen.

5. Wie lange dauert es, bis kompostierbare Produkte zersetzt sind?

Nach Industrienormen wie EN 13432 müssen Produkte innerhalb von 6 Monaten zu mindestens 90 Prozent biologisch abbaubar sein und in einem Kompostierungsversuch innerhalb von 12 Wochen zerfallen. Die tatsächlichen Zeiten hängen von der Produktdicke und den Kompostierungsbedingungen ab, und der Abbau erfolgt bei kalten oder trockenen Bedingungen viel langsamer.

6. Sind Materialien auf Stärkebasis so stark wie Polyethylen?

Folienqualitäten können für viele Beutelanwendungen eine vergleichbare Zugfestigkeit erreichen, unterscheiden sich jedoch in der Feuchtigkeitsempfindlichkeit, Hitzebeständigkeit und Barriereeigenschaften. Wählen Sie eine Sorte für die Anwendung und testen Sie das Produkt im realen Einsatz.

7. Kann ich stärkebasiertes Harz auf meiner bestehenden Folien- oder Formanlage verwenden?

Oft ja, mit Anpassungen. Sie müssen das Harz trocknen, die Schmelztemperatur kontrollieren und die Verweilzeit beobachten. Fragen Sie den Lieferanten nach Verarbeitungsrichtlinien und führen Sie vor der Produktion einen Test durch.

8. Warum kosten Produkte auf Stärkebasis mehr?

Die Kosten für Rohstoffe, Compoundierung und Zertifizierung sind höher und die höhere Dichte bedeutet weniger Quadratmeter pro Kilogramm. Vergleichen Sie die Kosten pro fertigem Artikel und berücksichtigen Sie die Reduzierung der Dicke und den Wert der Einhaltung gesetzlicher Vorschriften.

9. Sind biobasierte umweltfreundliche Materialien immer besser für das Klima?

Nicht immer. Die Ergebnisse des Lebenszyklus hängen davon ab, wie die Pflanze angebaut wird, wie weit die Materialien transportiert werden und wie das Produkt verarbeitet und entsorgt wird. Materialien auf Stärkebasis weisen oft einen geringeren CO2-Fußabdruck auf als fossile Kunststoffe, Sie sollten dies jedoch anhand der Daten Ihres Produkts überprüfen.

10. Was sollte ich einen Lieferanten vor dem Kauf fragen?

Fordern Sie den Testbericht zum biobasierten Inhalt, ein aktuelles Kompostierbarkeitszertifikat für die genaue Qualität und Dicke, mechanische und Verarbeitungsdaten, die Rohstoffquelle, Haltbarkeits- und Lagerungsanweisungen sowie technische Unterstützung für Versuche an.

Fazit

Biobasierte umweltfreundliche Materialien bieten Herstellern die Möglichkeit, fossilen Kohlenstoff zu reduzieren und zertifizierte End-of-Life-Optionen anzubieten. Kompostierbare Materialien auf Stärkebasis gehören zu den praktischsten Optionen für Beutel, Einlagen, Mulchfolien und Lebensmittelgeschirr. Ihr Wert ist am größten, wenn die Anwendung zu ihnen passt, der Rohstoff und die Zertifizierung dokumentiert sind und die Angaben auf dem Etikett mit den Nachweisen übereinstimmen. Beginnen Sie mit den Eigenschaften, die Sie benötigen, fordern Sie Daten an, führen Sie einen Test mit Ihrer eigenen Ausrüstung durch und vergleichen Sie die Kosten pro fertigem Artikel.

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