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UMWELTLABOR/208: Kunststoffe (2) - Wie Plastik verrottet (SB)


Wohin mit dem Müll?

Kunststoffe - leicht, robust, isolierend und verrottbar????


Angesichts der enormen Mengen an unverrottbarem Plastikmüll scheint es, gemessen am Alter der Welt, erstaunlich, daß der Mensch all das in nur etwa 70 Jahren erzeugen konnte. Vielen, die beim Einkaufen auf Plastiktüten verzichten, aber Mayonnaise doch lieber in der Plastikverpackung und nicht im Glas kaufen, ist nicht unbedingt klar, daß sich beispielsweise das Ökosystem Meer allmählich vollständig auf Plastikabfälle umstellen muß. In dem Beitrag zu "Müll im Meer" über Abfälle in der Nordsee und ihre Auswirkungen auf das Ökosystem (von Till Henning & Friedi Herrmann, Schutzstation Wattenmeer, März 2007) schreiben die Autoren beispielsweise, daß allein in den Spülsäumen der deutschen Nordseeküste zwischen 1992 und 2003 der Anteil des Sandes durch etwa 67% nicht abbaubaren Plastiks, Styropors oder Schaumgummis ersetzt worden ist.

Ein weiteres Phänomen, auf welches man erst in den letzten Jahren aufmerksam wurde, ist die Sammlung des Plastikmülls in großen Kreisströmungen in den offenen Ozeanen. Insgesamt bestehen rund 40% der Weltmeere aus solchen Kreisströmungen, welche Wassermassen aus den sie umgebenden Meeren anziehen. Einer dieser "Kreisel" befindet sich im Nord-Ost-Pazifik zwischen den USA und Hawaii und auf ihm breitet sich bereits ein beinahe geschlossener Plastikmüllteppich der Größe Mitteleuropas aus, so berichtete das Greenpeace Magazin im April 2005. Schätzungen des amerikanischen Forschers Charles Moore zufolge, wiege dieser Plastikteppich bereits jetzt über 3 Mio. Tonnen.
(Bericht der Schutzstation Wattenmeer, März 2007)

Das Kunststoffzeitalter, das für diese Einträge verantwortlich ist, begann genaugenommen erst 1938, als der erste wirklich brauchbare, vollsynthetische Kunststoff, nämlich Nylon, hergestellt wurde. Inzwischen gibt es zahllose verschiedene Kunststoffe, die in vielen Anwendungsbereichen Naturstoffe, teilweise wegen ihrer verbesserten Qualitäten, teilweise auch, um wertvolle Ressourcen wie Metalle zu schonen, vollständig verdrängt oder ersetzt haben.

Kunststoffteile sind beispielsweise meist leichter als frühere Erzeugnisse, man denke nur an sogenannte PET-Flaschen der Getränkeindustrie, die damit wirbt, auf diese Weise Energiekosten zu sparen. Mit einer Dichte von höchstens 2,2 g/ccm ist Kunststoff nur etwa halb so schwer wie Porzellan, Glas oder Leichtmetalle. Auch in Fahrzeugen wurde das Gesamtgewicht durch den Einsatz von Kunststoffen verringert, so daß der Kraftstoffverbrauch auf wenige Liter pro 100 km herabgesetzt werden konnte.

Kunststoffe sind außerdem elektrische Nichtleiter. Ihre Isolierwirkung ist derart hoch, daß sie die Herstellung winziger elektronischer Bauteile erlauben. Da die meisten Kunststoffe widerstandsfähig gegen Feuchtigkeit sind, werden Elektrokabel heute kunststoffummantelt unter dem Putz verlegt.

Wärmedämm-Materialien aus Kunststoff sparen Energie ein, z.B. bei Hauswänden. Hierzu ein Vergleich: Die Wärmemenge, die in einer Stunde durch eine Kupfer-Platte dringt, braucht bei einer gleich dicken Styropor-Platte 100 Tage.

Glatte Kunststoffoberflächen lassen sich besonders einfach und leicht reinigen. Dieser hygienische Vorteil wird besonders bei Kinderspielzeug oder bei keimfrei zu haltenden Krankenhauseinrichtungen geschätzt. Im Gegensatz zu Holz und einigen Metallen sind viele Kunststoffe äußerst widerstandsfähig gegenüber Luft und Wasser: Bootskörper und Gartenmöbel haben den Dauertest längst hinter sich.

Kunststoffe lassen sich zudem mit anderen Werkstoffen kombinieren und erhalten dadurch besondere Eigenschaften. Durch Zusatz von Glas- oder Kohlenstoff-Fasern in die noch flüssige Kunststoffmasse läßt sich die Festigkeit, das Biege- und Ermüdungsverhalten der Kunststoffe erheblich verbessern. Glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) aus Polyesterharzen z.B. ermöglichen die Herstellung von Bootskörpern, Leuchttürmen oder Autokarosserien. In der Luftfahrt wird verstärkt auf carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) zurückgegriffen, aus denen man bereits Rümpfe für Kleinflugzeuge baut. Letztere sind im Vergleich zu früheren Konstruktionen um 20% schneller, verbrauchen 45% weniger Treibstoff und erlauben eine um 50% gesteigerte Nutzlast.

All diesen nicht von der Hand zu weisenden Vorzügen stehen jedoch immer noch eine Reihe von Nachteilen gegenüber. So sind manche Kunststoffe nicht kratzfest: eine teflonbeschichtete Bratpfanne z.B. darf nicht mit dem Messer bearbeitet werden. Weil bestimmte Kunststoff- Gewebe hitzeempfindlich sind, müssen Temperaturangaben beim Bügeln und Waschen genau eingehalten werden. Da Kunststoffe Nichtleiter sind, können sie sich beim Reiben elektrostatisch aufladen: Ein über das Haar gezogenes Hemd aus Synthetikfaser "knistert", und eine mit dem Reinigungstuch aufgeladene Schallplatte zieht erst recht den Staub an. Brisante Hilfsmittel wie Weichmacher können aus dem Kunststoff austreten und über Nahrungsmittel oder Getränke den menschlichen Körper kontaminieren. Ihre zahlreichen und teilweise nicht einmal erforschten toxischen Wirkungen sind ein häufig diskutiertes Thema in der Umweltmedizin.

Und zu guter Letzt Kunststoff-Müll belastet die Umwelt, weil er nicht verrottet.

Und damit wären wir endlich beim Thema: Weil Kunststoffe nicht verrotten, wachsen die Müllberge. Deshalb bemüht sich die Forschung auf verschiedenen Gebieten, Kunststoffe zu entwickeln, die biologisch abbaubar sind. Eine chemische Lösung dafür haben wir schon in UMWELTLABOR/207: Kunststoffe (1) - Styropor statt Papier? (SB) neben den ebenfalls nicht zu übersehenden Nachteilen vorgestellt. Ein Kunststoff, der schon im bloßen Sonnenlicht zerfällt, büßt verschiedene der oben genannten Vorteile auf der Stelle ein. Er ist deshalb nur für Einwegverpackungen und andere kurzlebige Gebrauchsgegenstände gedacht, also all jene Kunststoffanwendungen, die nicht die sprichwörtliche Dauerhaftigkeit und Resistenz gegen Umwelteinflüsse aufweisen sollen, wie zu den oben erwähnten Zwecken.

Ein weiterer Versuch, Kunststoffe schneller verrottbar zu machen, sind Folien, die durch Bakterien zersetzt werden können: Der Kunststoff ist in diesem Fall eine Mischung aus Zellstoff (Zellulose) und Kunststoff, die im Kompost angeblich vollständig verrotten soll. Der Zellstoff wird außerdem aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen, was der Kunststoffindustrie nicht nur ökologische Punkte, sondern auch ökonomische Vorteile bringt.

Die möglichen ökologischen Probleme, die aus der Produktion dieser scheinbar natürlichen Rohstoffe im wahrsten Sinne des Wortes erwachsen (Düngung, Schädlingsbekämpfung und schließlich die industrielle Verarbeitung zu den "Ausgangsstoffen"), werden meist verdrängt. Denn ob das Fertigprodukt am Ende seinem ökologischen Anspruch gerecht werden kann, zumal dadurch auch wertvoller Ackerboden besetzt wird, der für die Nahrungsmittelproduktion nicht mehr zur Verfügung steht, bleibt durchaus fraglich.

Dafür hat man dann eine Folie, die schon nach 14 Tagen pulverisiert und nach 8 Wochen zu 80% ihrer Masse zersetzt sein soll. Versuche mit Algen und Wasserflöhen hätten auch schon die Verträglichkeit des daraus gewonnenen Humus' bewiesen. Allerdings muß man davon ausgehen, daß nur der "natürliche" Zellstoffanteil des Mischprodukts wirklich vollständig verrottet. Dazwischen bleiben die völlig intakten, aber nicht mehr sichtbaren Kunststoffmonomere, -dimere oder -polymere zurück, sowie die verwendeten chemischen Hilfsmittel, um die Folie biegsam und geschmeidig zu machen.

Damit derart biologisch abbaubare Kunststoffe überhaupt auf öffentlichen Deponien verrotten können, müssen außerdem "bakterienfreundliche Verrottungsplätze" gefunden werden, welche die Bakterien "zum Fressen gern haben".

Dazu bedarf es einer eigenen Infrastruktur mit bestimmten Anlagen und dazugehörigen Mülltonnen, die zwar schon versuchsweise in einigen Gemeinden eingerichtet wurde, sich aber bisher nicht flächendeckend durchsetzen konnte.

Ob natürlich vorkommende Bakterien ausreichen oder eventuell bei den zu erwartenden Mengen auch genmanipulierte, besonders "angeregte" Fresser zum Einsatz kommen müssen, gehört ebenfalls zu den bedenkenswerten wie ungeklärten Fragen.

Weitere Probleme mit verrottbarem Plastikmüll -

Unbedenklich und wirtschaftlich?

Neben Zellstoff/Kunststoff-Kombinationen werden auch mit Stärke vermischte Polymere sowohl auf technische Eigenschaften als auch auf biologische Abbaubarkeit hin untersucht, die als Rohstoffgranulat zur Verarbeitung kommen. Dadurch werden wertvolle Nährstoffe (Stärke) in Kunststoffe verarbeitet, damit sich diese so schnell wie möglich auflösen. Stärke ist wasserlöslich und quillt z.B. schneller auf als die reine Plastikumgebung. Auf diese Weise wird das Produkt gewissermaßen in mikroskopisch kleine Einzelteile gesprengt, die z.B. auf der industriellen Rotte oder dem privaten Komposthaufen nicht weiter auffallen.

Um die Verwertung des inzwischen auch in anderen Bereichen der Technik und Energiegewinnung wertvollen Rohstoffs Stärke für ein Wegwerfprodukt überhaupt rechtfertigen zu können, betont man allerdings in letzter Zeit eine andere Lösung für den Müll, bei der durch Vergärung unter Luftabschluß zusätzlich Biogas gewonnen werden kann.

Der danach verbleibende Kompost, soll in Gartenbau und Landwirtschaft weiter verwendet werden, er darf deshalb keine ökologisch bedenklichen Abbaureste enthalten. Die analytische Untersuchung diesbezüglich hat aber ihre bekannten Grenzen. Man kann nur die toxischen Abbaureste ausschließen, nach denen man auch sucht.

Nun klingt das Bemühen um den beschleunigten Abbau und seine Verwertung zunächst auch gar nicht so schlecht. Im großen Rahmen läßt es sich aber schon deshalb kaum durchsetzen, weil verrottbare und nicht verrottbare Materialien gewissermaßen getrennt vorliegen müssen. Und ist das selbst in Bezug auf Kunststoffrecycling ein technisches und logistisches Problem, das bisher noch nicht zufriedenstellend gelöst werden konnte.

Darüber hinaus wird der verrottbare Kunststoff - ob auf dem einen oder anderen Wege - letztlich zu CO2 abgebaut, das derzeit bekanntlich den schlechtesten Ruf als Treibhausgas besitzt.

Befürworter kompostierbarer Kunststoffe sind zwar der Ansicht, daß dabei nur so viel CO2 entstehen würde, wie zuvor von der rohstoffliefernden Pflanze verarbeitet worden ist. Doch zum einen wird dieser der Atmosphäre entzogene Anteil durch den neuerlichen Abbau wieder freigesetzt. Zum anderen wird dabei vergessen, daß ein Teil des Kunststoffs nicht aus nachwachsenden Rohstoffen stammt und ebenfalls abgebaut werden muß. Und schließlich ist die Produktion des Kunststoffrohstoff-Granulats energieabhängig, d.h. bei seiner Erzeugung wird zusätzlich CO2 durch Verbrennung von fossilen Energieträgern freigesetzt bzw. produziert. Geht man von ungefähr gleichen Anteilen aus, dann würde am Ende 3 mal soviel CO2 erzeugt, wie mit der Erzeugung der stärkeliefernden Agrarpflanzen vorher aus der Luft entnommen wurde, eine klassische Milchmädchenrechnung also.

Letztlich soll dann im Idealfall mithilfe der sogenannten Ökobilanz und der Berechnung des CO2-Fußabdrucks abgewogen, welche Müllverwertung am verträglichsten oder ressourcenschonensten ist bzw. ob Energie, Biogas oder der Ertragsverbesserer Kompost erzeugt werden sollte.

Derzeit tendiert man eher zu der Erzeugung von Biosprit, aber das ist eine reine Modefrage, da auch guter Humus und nährstoffreicher Boden nach wie vor Mangelware sind.

Der DIN-Arbeitskreis "Bioabbaubare Kunststoffe" definiert den entscheidenden Prozeß als einen

durch biologische Aktivität verursachten Vorgang, der unter Veränderung der chemischen Struktur des Kunststoffes zu natürlich vorkommenden Stoffwechsel- Endprodukten führt.

Ein Kunststoff soll demnach nur dann als bioabbaubar bezeichnet werden können, "wenn alle organischen Bestandteile einem vollständigen Bioabbau unterliegen", das Material letztendlich also mineralisiert bzw. meistens in CO2 und Wasser zerlegt wird.

In diesem Sinne sind die hier erwähnten manipulierten schnell abbaubaren Kunststoffmischungen mit Celluloseacetaten oder Stärke gleichsam "Mogelpackungen", bei denen nur ein Teil des Materials abgebaut wird, so daß zwar die Struktur des Gegenstandes aufgelöst wird, die restliche Substanz jedoch fast unverändert bestehen bleibt. Sie werden auf keinen Fall vollständig "mineralisiert".

Die Qualität verrottbarer Kunststoffe läßt zu wünschen übrig

Es ist gar nicht so einfach, Werkstoffe mit hoher Funktionalität zu entwickeln und gleichzeitig eine vollständige und rasche Abbaubarkeit in Kompostieranlagen zu gewährleisten. Die meisten Produkte weisen z.B. deutlich geringere Sperreigenschaften gegenüber Wasserdampf, Sauerstoff und anderen Gasen auf (z.B. bei Stoffen auf Cellulosebasis wie das Celluloseregenerat: Zellglas). Kurz gesagt: die Biokunststoffe sind durchlässiger als herkömmliche Kunststoffprodukte, eine luftdichte Verpackung wird dadurch nicht mehr möglich.

Darüber hinaus weichen sie schneller auf, da die Aufnahme von Feuchtigkeit eine grundsätzliche Voraussetzung für den effektiven biologischen Abbau des Materials darstellt, was ebenfalls die Einsatzmöglichkeiten einschränkt. Eine Verpackung von feuchten, nassen oder gar flüssigen Materialien mit Biopolymeren ist also in vielen Fällen zunächst nicht möglich.

Um nun die Gebrauchseigenschaften von abbaubaren Materialien auf den Stand konventioneller "echter" Kunststoffe anzupassen, müssen die Biopolymere oftmals noch zusätzlich chemisch oder mechanisch bearbeitet werden, was weitere Energiekosten und CO2-Emissionen nach sich zieht, die meist nicht in die CO2- und Ökobilanzen eingehen.

Ob allerdings das Beschichten mit Aluminium, das Bedampfen mit Silciumoxiden (Kieselsäure) oder das solvatisieren mit Harnstoff, um ein paar Beispiele zu nennen, die die Barrierewirkung gegen Wasser und Gase erhöhen, oder beispielsweise eine zu hohe Wasseraufnahme durch Stärkemoleküle zu vermeiden, sich nicht äußerst ungünstig auf die biologische Abbaubarkeit oder auch ihre Umweltverträglichkeit auswirkt, ist doch sehr fraglich.

Der Nachweis

Kurz gesagt, bei den derzeit gebräuchlichen, vermeintlich verrottbaren Kunststoffmaterialien handelt es sich letztlich um Augenwischerei, der man wiederum nur mit einer aufwendigen Analytik auf die Spur kommen könnte, wenn man es denn will und nach jedem in Frage kommenden Spaltprodukt sucht.

Die Testmethoden der Wissenschaftler und Ökologen, die sich mit der Entwicklung dieser Kunststoffe befassen, und daher ihre Verrottung nachweisen wollen, benutzen allerdings so einfache Methoden, daß man sie auch selbst einmal zu Hause im Blumentopf nachstellen kann. Wissenschaftlich spricht man dann von dem:

- aquatischen Mono-Substrat-Test zum Nachweis der prinzipiellen Vollständigkeit des Abbaus (wobei die Werkstoffe in Form von Pulver, Granulat oder Folienstücken in wäßriger Suspension auf ihre generelle aerobe Abbaubarkeit hin untersucht, beobachtet und ihre Auflösung zu verschiedenen Zeitpunkten bewertet wird),

- Festbett-Test mit einheitlichem Substrat nur aus dem abbaubaren Kunststoff (Mono-Substrat-Test) oder

- Festbett-Test mit gemischtem Substrat (Multi-Substrat-Test) zur Simulation der realen Kompostbedingungen.

Genaugenommen ist das nichts anderes, als in verschiedenen Blumentöpfen oder einem Kistchen Erde einzelne Kunststoffmaterialien ganz einfach zu zerschneiden (z.B. auf jeden Fall auch ausgewiesen "verrottbare" Produkte) und diese in normaler Gartenerde zu verbuddeln.

Dann schaut man in regelmäßigen Abständen nach, was aus den Foliestücken geworden ist, wie schnell die einzelnen Proben zerfallen und bis zu welchem Grad der optischen Wiederauffindbarkeit.

Parallel dazu lassen sich die gleichen Stoffe auch in Wasser beobachten. Auf diese Weise führt man sich das Verpackungsmüllproblem einmal anschaulich und praktisch vor Augen und bekommt wahrscheinlich einen sehr viel realistischeren Eindruck davon als von den Zahlen, Statistiken und Hochrechnungen, die einem von wissenschaftlicher Seite präsentiert werden.

Doch selbst wenn sich die untersuchten Plastikteilchen vollständig auflösen, so ist noch abschließend eines anzumerken. Etwa 0,3 mm große Plastikteilchen lassen sich schon kaum mehr von normalen Sandkörnern unterscheiden, die u.a. im Erdreich vorkommen können und dort auch erwartet werden. Solche Reste von Plastikmüll werden durch schnellverrottende Kunststoffe ebenfalls gefördert und können sich z.B. im Magen von Vögeln ansammeln, die immer auch Sand picken, um ihre Magenperistaltik zu unterstützen. Die leichten Plastikkügelchen verhalten sich im Vogelmagen aber keineswegs wie Sand, der schnell ausgeschieden wird.

Ein Beispiel in der Nordsee hierfür ist der Eissturmvogel, der durch das Verschlucken aller erdenklichen kleinen Müllteile stark belastet wird. So tragen laut einem von Greenpeace veröffentlichten Artikel von Sanja Schlösser rund 97% der Nordsee-Eissturmvögel je etwa 0,31 Gramm Plastikmüll (u.a. auch Polystyrol oder Styropor) im Magen. Das entspräche hochgerechnet auf den Menschen ungefähr eine Brotdose voll mit scharfkantigen Plastikresten. So kann sich der Magen der Tiere teilweise so sehr mit nicht wieder ausscheidbarem Plastik füllen, daß kein Platz für weitere Nahrung bleibt.

Kurz gesagt gibt es keine zufriedenstellende Lösung, um die für unsere Gesellschaft inzwischen unverzichtbar gewordenen Kunststoffe und ihre Vorteile zu nutzen, ohne gleichzeitig auch die Umwelt mit Plastikmüll oder anderem zu belasten. Daher scheint ein möglichst langjähriger Gebrauch sehr haltbarer und langlebiger Kunststoffteile der einzig angemessene Umgang mit diesem Chemieerzeugnis.

15. Januar 2008



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