Jahresbericht 2019

Circular Plastics Economy: Beschleunigter Abbau von Biokunststoffen.

Kreislaufwirtschaft, Nachhaltigkeit, Biokunststoffe/Biopolymere

Obwohl Kunststoffe zur Energie- und Ressourcenschonung beitragen, wird ihre Rolle in einer nachhaltigen Wirtschaft zunehmend kritisch betrachtet. Im Rahmen des Fraunhofer-Exzellenzclusters Circular Plastics Economy arbeitet das Fraunhofer LBF mit weiteren Fraunhofer-Partnerinstituten daran, Kunststoffe fit für die Zukunft zu machen. Dazu gehört in der Materialentwicklung, neben einer Verlängerung der Lebensdauer und verbesserter Rezyklierbarkeit, die Entwicklung eines biobasierten und in der Umwelt relativ rasch biologisch abbaubaren Biokunststoffs.

Fraunhofer LBF ist Kerninstitut im Cluster of Excellence

Um langfristig unsere Grundlage für Fortschritt und Wohlstand zu sichern und die Umwelt und Ressourcen zu schonen, ist ein Denken in zirkulären Wirtschaftskreisläufen notwendig. Der Fraunhofer-Cluster of Excellence Circular Plastics Economy hat sich die Entwicklung eines Konzepts mit anschließender Umsetzung zum Ziel gesetzt, welches eine Plattform für eine zirkuläre Kunststoffwirtschaft ermöglicht. Das Fraunhofer LBF nimmt, in Zusammenarbeit mit anderen Fraunhofer-Instituten, als Kerninstitut eine zentrale Rolle ein, und die Kompetenzen der einzelnen Institute werden synergistisch gebündelt. Vertreter aus Unternehmen sind involviert, um anwendungsorientierte Lösungen zu generieren.

Kreislaufwirtschaft als Innovationstreiber

Die Etablierung einer Kunststoffkreislaufwirtschaft setzt Innovationen auf mehreren Ebenen voraus. In der Materialentwicklung werden biobasierte und bioabbaubare Polymere synthetisiert und Additivsysteme für optimierte Materialeigenschaften entwickelt. Auf einer weiteren Ebene werden Kriterien und Prototypen für ein zirkuläres Produktdesign entworfen. Dies wird unterstützt durch die Entwicklung von Technologien, um die Wiederverwertung von Kunststoffen praxistauglich zu gestalten. Abgerundet wird das Konzept durch eine Bewertungsmethodik, die Industrie und Politik bei der Planung, Förderung und Umsetzung zirkulärer Wertschöpfung unterstützt.

Gezielte Einstellung der Lebensdauer von Kunststoffen

Gerade bei den so vielfältig eingesetzten Kunststoffen werden hohe Anforderungen an die Materialentwicklung gestellt. Einerseits wird eine hohe Lebensdauer von biobasierten Kunststoffen in Langzeitanwendungen gefordert, andererseits sollen Biokunststoffe in bestimmten Anwendungen für die Kompostierung geeignet und möglichst schnell bioabbaubar sein, um Mikroplastik zu vermeiden.

Des Weiteren ist die Fähigkeit zum Recycling von großer Bedeutung für die Zirkularität. Nur wenn das Kunststoffprodukt nach Gebrauchsdauer wiederholt verarbeitet werden kann, wobei es hohen thermomechanischen Belastungen ausgesetzt ist, kann die Kreislaufwirtschaft Realität werden. Hier bringt das Fraunhofer LBF im Bereich Kunststoffe mit Erfahrung auf den Gebieten Polymersynthese, Materialcharakterisierung und Additiventwicklung bei praxisnaher Verarbeitung seine Stärken zur Geltung und kann einen wichtigen Beitrag zur zirkulären Kunststoffwirtschaft leisten.

Experimente im Fraunhofer LBF zeigen, dass die Lebensdauer des auf Milchsäure basierenden Kunststoffs PLA durch die Zugabe bestimmter Additive während einer Wasserlagerung reduziert bzw. verlängert werden konnte. Ausgewählte Additivsysteme wurden mit der Maßgabe, die Lebensdauer gezielt einstellen zu können, entwickelt und erfolgreich getestet, so dass eine Patentanmeldung erfolgen konnte.

Die Additive können üblichen Kunststoffrezepturen beigemischt werden, ohne die Verarbeitungseigenschaften negativ zu beeinflussen. Mögliche Anwendungsfelder liegen in der Lebensmittelverpackungsindustrie, der Landwirtschaft und in Anwendungsgebieten, bei denen Kunststoffe in der Umwelt verbleiben könnten, so dass der biologische Abbau des Polymers in der Umwelt oder im Kompost eine sinnvolle Erweiterung der Produkteigenschaften darstellt.