Kunststoffrecycling
Wundermittel und unverzichtbar
Die Matratze, das Smartphone oder der Lichtschalter – nichts würde ohne Kunststoff funktionieren. Vielfach versteckt sich Plastik in Lebensbereichen, über die niemand lange nachdenkt, die als selbstverständlich für die Zivilisation gelten. Sichtbares Zeichen
unserer Konsumgesellschaft sind die Schattenseiten: Bedrohliche Müllteppiche in den Meeren, Mikroplastik im Boden, vermüllte Landschaften… Deutschland setzt Zeichen gegen einen unbedachten Umgang mit der Natur: durch eine geordnete Entsorgung von
Leichtverpackungen, indem seit Juli 2016 Plastiktüten nicht mehr eine kostenfreie Zugabe zu Einkäufen im Einzelhandel sind, und mit der Schaffung eines Verpackungsgesetzes seit 2019, das auch die Hersteller und Händler von Kunststoffverpackungen stärker in die
Pflicht nimmt.
Kunststoffe können – zumindest heute – noch nicht einfach ersetzt werden. Doch was für eine Substanz verbirgt sich hinter diesem Begriff? Wer hat das Plastik erfunden (siehe Infokasten), brauchen die Menschen in der entwickelten Welt wirklich Kunststoffe und wie sieht ein verantwortungsvoller, ressourcenschonender Umgang mit Plastik aus?
Kunststoffe sind im Alltag unverzichtbar
Fast überall enthalten
Unser heutiger Lebensstandard wäre ohne Kunststoffe nicht vorstellbar. Jedes elektrische Gerät – vom Rasenmäher bis zum Smartphone – ist mit Materialien aus Kunststoff isoliert, denn im Unterschied zu Metall leiten Kunststoffe keinen Strom. Autos bestehen aus ganz unterschiedlichen Kunststoffen – von der Armatur über die Stoßstange bis hin zum Sitzpolster. Bodenbeläge, Fensterrahmen, Telefone, Möbel, Kleidung, Brillengestelle, Innenausstattungen von Flugzeugen und Bahnen, Verpackungen für Lebensmittel bis hin zum Spülschwamm sind ohne Kunststoffe undenkbar, im Bereich der Medizintechnik sind Letztere sogar lebenswichtig. Auch die Kraftwerke, die unseren Strom liefern, Kläranlagen und Trinkwassergewinnung, landwirtschaftliche Betriebe und Nahrungsmittelhersteller würde es ohne Kunststoffe nicht geben. In der Herstellung haben Kunststoffe den Vorteil, dass sie – im Gegensatz zu Metallen beispielsweise – bei recht niedrigen Temperaturen um 250 bis 300 Grad Celsius verarbeitet werden können und somit energetisch günstiger zu verarbeiten sind. Auch komplizierte Formen oder Farben und Fasern lassen sich in der Kunststoffherstellung vergleichsweise einfach darstellen.Wunderstoff
Kunststoff ist der Oberbegriff für eine Vielzahl von Substanzen, manche extrem hart, andere hitzebeständig, weitere dehnbar und flexibel. Als Erfi nder gilt der Belgier Leo Hendrik Bakeland, der 1907 hartnäckig auf der Suche nach einem Wunderstoff war. Schließlich gab er ein Stück Phenol in eine Formaldehyd-Lösung, erhitzte es in einem Druckbehälter auf knapp 200 Grad Celsius und formte das erste Stück Plastik, das Bakelit, das in großen Mengen industriell hergestellt werden konnte und formbeständig war. Doch schon rund 70 Jahre zuvor erfand Charles Goodyear das Gummi, das aus Kautschuk und Schwefel durch Vulkanisation entsteht. Fast zeitgleich entdeckte Victor Regnault das PVC. Das Zelluloid wurde 20 Jahre später von Christian Friedrich Schönbein aus Baumwolle und Salpetersäure synthetisch hergestellt und fast zur gleichen Zeit erfand Frederic Walton das Linoleum aus Leinöl, Sikkativen und Harzen.
Natürliche Basis aus Plankton
Plastik besteht aus einem Rohstoff, der endlich und begrenzt ist, dem Rohöl. Und Rohöl selbst hat erst einmal nichts mit Kunststoff zu tun. Die Ölvorkommen der Erde sind zu einer Zeit entstanden, in der noch Dinosaurier durch die Wälder streiften. Das Ausgangsmaterial für Erdöl ist Plankton, kleinste Organismen im Meer. Abgestorbenes Plankton sank auf den Grund, wurde luftdicht unter anderen Schichten wie Sand und Ton begraben. Durch diesen Druck entstand ein Gemisch aus gasförmigen und flüssigen Kohlenwasserstoffen: Erdöl. Im 19. Jahrhundert, als sich künstliche Beleuchtung in den Industrienationen verbreitete, wurde ein kostengünstiger Brennstoff für die damaligen Lampen gesucht. Edwin Drake wurde von der Pennsylvania Rock Oil Company beauftragt, unter der Erde nach Petroleum zu suchen – er wurde fündig und der erste Erdölboom setzte ein. Doch Erdöl wurde
nicht nur zur Energieerzeugung und als Treibstoff verwendet. Erstmals stand auch ausreichend Rohmaterial zur Verfügung, um Kunststoffe in großen Mengen herzustellen.
Von hart bis flexibel
Alle Kunststoffe bestehen aus langkettigen Molekülen, den Polymeren. Beginnend mit einem Molekül, dem Initiator, werden weitere Moleküle hinzuaddiert. Diesen Prozess nennt man Polymerisation. Je nach Behandlungsverfahren, Zusatzstoff oder Verfahrensschritten werden Kunststoffe nach ihren Eigenschaften in drei Gruppen unterteilt. Duroplaste sind hart und starr, sie
sollen möglichst lange halten und sind nicht wiederverwertbar. Weder schmelzen sie, noch kann man sie verbrennen. Tretboote beispielsweise bestehen aus Duroplasten. Sie stellen dann eine große Herausforderung dar, wenn sie später als Abfall entsorgt
werden müssen. Thermoplaste sind hitzebeständig und können, wie beispielsweise PET-Flaschen, viele Male eingeschmolzen und wiederverwendet werden. Fensterrahmen, Joghurtbecher oder Rohrleitungen bestehen in der Regel aus Thermoplasten. Elastomere,
die sich verformen lassen und wieder ihre ursprüngliche Form annehmen – Gummibänder beispielsweise – lassen sich nicht einschmelzen, – auch sie sind eine der Herausforderungen, sobald sie als Abfall enden.
Polymere können nicht von Mikroorganismen abgebaut werden. Wild entsorgtes Plastik kann Jahrzehnte nahezu unverändert überdauern und sammelt sich immer mehr an. Auch bei den als biologisch abbaubar gekennzeichneten Kunststoffarten fehlt noch immer der Beweis, dass sie in ihre kleinsten, also atomaren, Bestandteile zerfallen. Derzeit landen von den über 200 Millionen Tonnen produzierten Kunststoffen rund 26 Millionen Tonnen in den Meeren.
Es gibt bereits Ansätze, Kunststoffe wieder in ihre chemischen Bestandteile zurückzuverwandeln oder abzubauen. In einigen Studien wurden mit Motten, Bakterien oder Mehlkäfern Erfolge nachgewiesen. Doch bis diese Möglichkeiten in großem Maßstab
genutzt werden können, bleibt vorläufig der bisherige Weg über das Recycling, die Wiederverwertung von Kunststoffen beispielweise als Zaunpfähle, Parkbänke oder Verpackungsmaterialien, sowie die energetische Verwertung – wobei Kunststoffe über einen ähnlich
hohen Heizwert verfügen wie Steinkohle.
Vom Wunderstoff zum Problemfall – Konzepte gegen den Müllteppich im Meer
Wie groß sind die Auswirkungen, wenn der Kunststoff nicht mehr gebraucht wird und zum Abfall wird, wie dramatisch ist die Lage der schwimmenden Müllteppiche im Meer? Es gibt nicht nur einen treibenden Müllkontinent. Der Plastikmüll im Pazifischen Ozean
zwischen Hawaii und Kalifornien wurde bereits 1997 entdeckt. Der Great Pacific Garbage Patch mit einer geschätzten Fläche von 1,6 Millionen Quadratkilometern ist der größte Müllteppich. Ein anderer, ebenso großer Müllteppich schwimmt auf dem nördlichen
Atlantik. „Die Angaben dazu, welche Ausdehnung und Fläche die Müllteppiche in den Meeren haben, variieren sehr stark, denn der Müllteppich ist kein festes Gebilde. Durch Wind und Wellenbewegungen können die Plastikabfälle zusammengetrieben oder auseinandergezogen werden“, erläutert Dr. Henning Wilts, Abteilungsleiter Kreislaufwirtschaft vom Wuppertal Institut.
Nach Gebrauch können Kunststoffe zu einem riesigen Problem werden.
Hart oder fl exibel – alle Eigenschaften können hergestellt werden.
Heute beinhaltet der Great Pacific Garbage Patch 79.000 Tonnen Kunststoffabfälle, nahezu die Hälfte besteht aus Fischernetzen, die andere Hälfte ebenfalls hauptsächlich aus Fischerei-Zubehör. Forscher vermuten, dass rund ein Fünftel des Müllteppichs von den Folgen des Tsunamis 2011 in Japan stammt. Die andere Hälfte des treibenden Plastiks stammt aus Asien, jeweils ein Drittel der schwimmenden Kunststoff-Objekte weisten japanische oder chinesische Beschriftung auf.
Als weitere Hauptverursacher des pazifischen Müllstrudels gelten Indonesien, Vietnam und die Philippinen. Im Indischen Ozean findet sich besonders viel Plastikmüll an den großen Flussmündungen von Indus und Ganges in Indien. „In Südostasien beispielsweise gibt es zahlreiche wilde, teils legale, teils illegale Deponien. Hier werden Kunststoffabfälle einfach auf einem Haufen gesammelt. Vorzugsweise in Tälern und in aller Regel fließt am Grund des Tals ein Fluss. Wind oder Überschwemmungen sorgen dafür, dass erhebliche Teile des Plastikmülls zunächst in den Flüssen landen und später im Meer“, berichtet Henning Wilts.
Einige Studien schlussfolgern, dass der größte Teil des Plastiks im Meer aus Quellen an Land stammt. Studien gehen davon aus, dass die Müllteppiche sich bis 2050 verdreifachen werden. Schon jetzt sind die Folgen dramatisch: Es sterben rund 100.000 Meeresbewohner jedes Jahr. Doch die Folgen des treibenden Mülls sind weitreichender: Korallenriffe sterben ab, die für die Aufrechterhaltung des Erdklimas eine entscheidende Rolle spielen.
Kunststoff, einmal den Elementen ausgesetzt, zersetzt sich nur langsam. Er wird brüchig, zerfällt in kleinere Stücke, durch Abrieb und Witterungseinflüsse werden die Kunststoffteile pulverisiert. Jetzt kommt ein weiteres Problem hinzu: Mikroplastik (unter fünf
Millimetern Durchmesser) und Nanoplastik. Stücke kleiner als ein Tausendstel Millimeter können von kleinen Meereslebewesen wie Plankton aufgenommen werden und gelangen so in die Nahrungskette. Plastikfragmente können an ihrer Oberfläche Giftstoffe anreichern. An Mikropartikeln aus Polyethylen, dem meistverwendeten industriellen Kunststoff, lagern sich vorzugsweise polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe an bis hin zu krebsverursachenden Chemikalien wie DDT und Polychlorierten Biphenylen. An Stränden fanden Forscher Mikroplastik aus Kleidung wie Fleece. In unserem Essen finden sich früher oder
später kleinste Kunststoffpartikel.
Es gibt einige vielversprechende Ansätze, um den Unrat aus den Meeren zu fischen, so beispielsweise mit einem überdimensional großen Kamm. Ein erfolgversprechendes Konzept des 19-jährigen Niederländers Boyan Slat besteht aus 50 Kilometer langen,
V-förmig angeordneten Schläuchen, die an der Meeresoberfläche 90 Prozent des schwimmenden Plastikmülls sammeln. „Das gesamte, gigantische Problem wird sich voraussichtlich nicht allein durch Projekte dieser Art lösen lassen. Es befindet sich bereits
jetzt schon der größte Teil des Plastikmülls unterhalb des Meeresspiegels. Damit ist an den Müllteppich unterhalb des Meeresspiegels kaum mehr heranzukommen. Ein weiteres Problem ist die Aufarbeitung des Plastikmülls, der aus dem Meer aufgesammelt wurde. Der Kunststoff ist so verunreinigt und verwittert, dass er oft nur unter enorm hohem Ressourcenaufwand
aufgearbeitet werden kann, um ihn wieder in den Kreislauf einzubringen“, so Henning Wilts.
Experten gehen davon aus, dass zwei Drittel des Plastikmülls auf dem Meeresgrund lagern. Wären das alles nicht langfristig gute Gründe, um in Zukunft komplett auf Kunststoffe zu verzichten? „Generell ist ein Verzicht auf Kunststoff nicht unbedingt sinnvoll und in vielen Bereichen auch gar nicht möglich. Ein Krankenhaus ohne Kunststoff wäre nicht vorstellbar. Elektroinstallationen in Häusern wären nicht umsetzbar und bei Mobiliar müsste Kunststoff dann beispielsweise durch Holz ersetzt werden – eine nur sehr langsam nachwachsende Ressource.
Ein Auto ohne Plastik zu konstruieren würde bedeuten, dass dieses Auto enorm schwer ist und erheblich mehr Treibstoff verbraucht. Auch beim Thema Biokunststoffe muss man die Überlegung voranstellen, wofür wir die global begrenzten Ackerflächen möglichst sinnvoll nutzen wollen“, so Henning Wilts.
Kunststoffe sind im Alltag unverzichtbar
Kunststoff, einmal den Elementen ausgesetzt, zersetzt sich nur langsam. Er wird brüchig, zerfällt in kleinere Stücke, durch Abrieb und Witterungseinflüsse werden die Kunststoffteile pulverisiert. Jetzt kommt ein weiteres Problem hinzu: Mikroplastik (unter fünf Millimetern Durchmesser) und Nanoplastik. Stücke kleiner als ein Tausendstel Millimeter können von kleinen Meereslebewesen wie Plankton aufgenommen werden und gelangen so in die Nahrungskette. Plastikfragmente können an ihrer Oberfläche Giftstoffe anreichern. An Mikropartikeln aus Polyethylen, dem meistverwendeten industriellen Kunststoff, lagern sich vorzugsweise polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe an bis hin zu krebsverursachenden Chemikalien wie DDT und Polychlorierten Biphenylen. An Stränden fanden Forscher Mikroplastik aus Kleidung wie Fleece. In unserem Essen finden sich früher oder später kleinste Kunststoffpartikel.
Es gibt einige vielversprechende Ansätze, um den Unrat aus den Meeren zu fischen, so beispielsweise mit einem überdimensional großen Kamm. Ein erfolgversprechendes Konzept des 19-jährigen Niederländers Boyan Slat besteht aus 50 Kilometer langen, V-förmig angeordneten Schläuchen, die an der Meeresoberfläche 90 Prozent des schwimmenden Plastikmülls sammeln.
„Das gesamte, gigantische Problem wird sich voraussichtlich nicht allein durch Projekte dieser Art lösen lassen. Es befindet sich bereits
jetzt schon der größte Teil des Plastikmülls unterhalb des Meeresspiegels. Damit ist an den Müllteppich unterhalb des Meeresspiegels kaum mehr heranzukommen. Ein weiteres Problem ist die Aufarbeitung des Plastikmülls, der aus dem Meer aufgesammelt wurde. Der Kunststoff ist so verunreinigt und verwittert, dass er oft nur unter enorm hohem Ressourcenaufwand
aufgearbeitet werden kann, um ihn wieder in den Kreislauf einzubringen“, so Henning Wilts.
Experten gehen davon aus, dass zwei Drittel des Plastikmülls auf dem Meeresgrund lagern. Wären das alles nicht langfristig gute Gründe, um in Zukunft komplett auf Kunststoffe zu verzichten? „Generell ist ein Verzicht auf Kunststoff nicht unbedingt sinnvoll und in vielen Bereichen auch gar nicht möglich. Ein Krankenhaus ohne Kunststoff wäre nicht vorstellbar. Elektroinstallationen in Häusern wären nicht umsetzbar und bei Mobiliar müsste Kunststoff dann beispielsweise durch Holz ersetzt werden – eine nur sehr langsam nachwachsende Ressource.
Ein Auto ohne Plastik zu konstruieren würde bedeuten, dass dieses Auto enorm schwer ist und erheblich mehr Treibstoff verbraucht. Auch beim Thema Biokunststoffe muss man die Überlegung voranstellen, wofür wir die global begrenzten Ackerflächen möglichst sinnvoll nutzen wollen“, so Henning Wilts.
Industrielle Produktion
Die Herstellung von Kunststoffen ist sehr komplex und aufwändig. Kunststoffe bestehen nicht nur aus Bestandteilen des Rohöls, sie sind aus zahlreichen chemischen Substanzen zusammengesetzt, enthalten oftmals Schwefel oder Säuren. Katalysatoren, die eine chemische Reaktion beschleunigen, Stabilisatoren, Füllstoffe oder Verstärkungsstoffe müssen aus Vorratstanks über Rohrleitungen hinzugefügt werden. Chemische Industrieparks gleichen überdimensionalen Chemielaboren, in denen Rohstoffe zunächst getrennt, einzelne Substanzen wieder zugemischt werden, erhitzt oder gekühlt, flüchtige Reste verdampft oder Zwischenprodukte gefi ltert werden müssen. Die Prozesse finden in 40 oder 50 Meter hohen Kolonnen statt, zylindrischen Gebilden, die durch kilometerlange Rohrleitungen miteinander verbunden sind. Erhitzt oder gekühlt werden die End- oder Zwischenprodukte mit Wärmetauschern: gigantischen Röhren, die hunderte oder tausende von nur wenige Zentimeter dünnen Rohrleitungen enthalten, in denen ein Produkt fließt, während in den Zwischenräumen Wasser dieses Produkt kühlt oder erhitzt. Immer wieder verkleben Produktreste die Wärmetauscher, die dann nur eingeschränkt effektiv arbeiten. Daher werden Produktionsanlagen in regelmäßigen Zeitabständen stillgelegt und mit den Verfahren des Industrieservice gereinigt – meist mit Wasserhöchstdruck. Je automatisierter diese Reinigung vonstattengeht, umso höher ist der Schutz für die dort arbeitenden Menschen. Zusätzliche Filteranlagen, Absaugsysteme, Ventile und Vorratstanks machen einen Standort der chemischen Industrie schnell zu einem Areal der Größe einer Kleinstadt. In Deutschland gibt es 3.570 Unternehmen in der Kunststoffindustrie mit fast 400.000 Beschäftigten.
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