Einführung
Biokunststoffe haben auch einige gravierende Nachteile. So ist die Herstellung von Biokunststoffen häufig energieintensiver als die von Petrokunststoffen, was zum großen Teil darauf zurückzuführen ist, dass neben der eigentlichen Kunststoffverarbeitung auch landwirtschaftliche Rohstoffe benötigt werden. Sie schneidet in der Lebenszyklusanalyse nur deshalb besser ab, weil die Erdölvorräte von Petrokunststoffen in die Energieberechnungen einbezogen werden.
Ein weiteres Beispiel ist, dass Biokunststoffe mehr kosten als Kunststoffe auf Erdölbasis, obwohl der Preisunterschied zwischen Erdölkunststoffen und Biokunststoffen weitgehend auf die Unreife der Biokunststoffindustrie zurückzuführen ist. In naher Zukunft werden niedrigere Preise für Biokunststoffe erwartet. Es ist fraglich, ob die Verbraucher bereit wären, die zusätzlichen Kosten zu tragen, wie von Goshal & Barlette (1997) festgestellt. Die Diskussion beginnt mit der Betrachtung verschiedener Aspekte von Kunststoffen, dem Grad der Konzentration und den Auswirkungen auf das Land.
Aspekte der verschiedenen Kunststoffe
Kevlar ist ein bekanntes Polymergewebe, das für seine Stärke bekannt ist. Es wird in Schutzwesten und hochwertigen Sportgeräten verwendet. Es wird auch in Reifen, Bremsen und Verbundwerkstoffen verwendet. Das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht ist bei Kevlar extrem hoch. DuPont erfand es 1965. Es wird aus Aramidfasern hergestellt und ist trotz seiner Festigkeit flexibel. Kevlar wird in einer einfachen Ein-Schritt-Reaktion synthetisiert.
Polyvinylchlorid oder PVC, wie es gemeinhin genannt wird, ist einer der am häufigsten verwendeten Kunststoffe überhaupt. Durch unterschiedliche Mengen an Weichmachern und anderen Additiven kann PVC weich und flexibel sein, z. B. für Spielzeug und Vinylsitze in Autos, oder komplex und hart, wie Vinylverkleidungen und PVC-Wasserrohre. PVC wird auch häufig als Gummiersatz verwendet. Philip & Edward (2002) stellen fest, dass PVC in Hunderten von Produkten zu finden ist, von aufblasbaren Schwimmbecken und medizinischen Aufbewahrungsbehältern bis hin zu Gewebebeschichtungen und Schuhen, aber seine Hauptverwendung liegt in der Bauindustrie.
Das geringe Gewicht und die niedrigen Kosten von PVC machen es zum bevorzugten Material für Wasserrohre in Entwicklungsländern. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass jede Diskussion über Kunststoffe ohne die Erwähnung von PVC unvollständig wäre, da PVC so häufig verwendet wird. Die Synthese von PVC ist etwas komplizierter als die durchschnittliche Kunststoffsynthese. Das Monomer, Vinylchlorid, wird in der Regel nach einem von drei Verfahren hergestellt. Sethi Williams (2001) merkt an, dass die erste Methode die Reaktion von 1,2-Dichlorethan mit Natriumhydroxid in einer wässrigen Lösung bei hohem Druck (150 psig) und mäßig hoher Temperatur (145°C) beinhaltet.
Polystyrol ist der thermoplastische Kunststoff, der zur Herstellung von Styropor verwendet wird. Styropor wird durch ein spezielles Extrusionsverfahren hergestellt. Was gemeinhin als Styropor bekannt ist, ist in Wirklichkeit Styrolschaum, der durch Aufschäumen von Polystyrolkügelchen hergestellt wird. Polystyrol kann auch zur Herstellung fester Produkte verwendet werden. Computergehäuse werden in der Regel aus Polystyrol hergestellt. Spielzeug wie Modellautos und Flugzeuge werden häufig aus Polystyrol hergestellt, wie Micklethwait & Woolridge (2003) berichten. Küchengeräte und Föhne werden ebenfalls aus Polystyrol hergestellt. Polystyrol ist auch in Autos zu finden, wo es zur Herstellung der Knöpfe für Radio und Klimaanlage verwendet wird.
Beschränkungen von Kunststoffen
Weniger Energie bei der Herstellung zu verbrauchen und weniger Kohlendioxid bei der Produktion auszustoßen, ist zwar von Vorteil, aber durch Recycling lassen sich noch größere Einsparungen erzielen. Das Recycling ist fast immer energieeffizienter und setzt weniger Kohlendioxid frei als die Herstellung eines neuen Produkts. Donaldson & Dunfee (1999) stellen fest, dass Biokunststoffe derzeit im Vergleich zur Produktion von Petrokunststoffen in so geringen Mengen hergestellt werden, dass sich die Infrastruktur für das Recycling noch nicht entwickelt hat. Im Prinzip sollten die meisten Biokunststoffe leicht zu recyceln sein, da es sich um Thermoplaste handelt.
Das Hauptproblem bei den Bemühungen um das Recycling von Biokunststoffen besteht darin, dass sie, wenn sie mit Petro-Kunststoffen vermischt werden, die gesamte Charge verunreinigen können. Wenn beispielsweise nur 0,1 Massenprozent eines Biokunststoffs mit Polyethylenterephthalatharz (PET) recycelt werden, wird die gesamte Kunststoffcharge unbrauchbar gemacht. Mit zunehmender Produktion und Verwendung von Biokunststoffen ist zu erwarten, dass spezielle Recyclingverfahren entwickelt werden, die das Recycling von Biokunststoffen genauso einfach machen wie das von Petrokunststoffen.
Auf Erdöl basierende Standardkunststoffe sind gegen die meisten Mikroben, Wasser und mechanische Belastungen resistent. Alle drei Eigenschaften machen sie in der Umwelt unempfindlich. Wenn biologische Abbaubarkeit erforderlich ist, werden einigen Petro-Kunststoffen Additive beigemischt, die für Oxidation oder Hydrolyse anfällig sind. Photoabbau und enzymatischer Abbau sind zwei weitere Möglichkeiten. Bestimmte Bakterien können Kunststoffe mit Hilfe von Enzymen abbauen, auch wenn sie nicht abgebaut werden. Es wurden einige Bakterien gefunden, die Styropor in Polyhydroxyalkanoate (PHA), einen biologisch abbaubaren Kunststoff, umwandeln.
Biokunststoffe lassen sich leichter und schneller biologisch abbauen als durchschnittliche Petro-Kunststoffe. Dies ist für einige Anwendungen gut und für andere ungeeignet. John & McGraw-Hill (2006) weisen darauf hin, dass selbst bei Biokunststoffen die Kompostierung häufig unter realen Bedingungen erfolgen muss, z. B. bei hoher Hitze und hohem Sauerstoffgehalt oder in Anwesenheit bestimmter Mikroorganismen, damit der gewünschte Abbau stattfinden kann.
Energieverbrauch
Polyhydroxybutarate (PHB) benötigen weniger Energie als Kunststoffe auf Erdölbasis mit ähnlichen Eigenschaften, wenn man die Energie der Produktion und der Ausgangsstoffe zusammenzählt. Der Gesamtenergiebedarf im Lebenszyklus von PHB liegt bei 44,7 MJ pro kg hergestelltem Kunststoff. Für Polypropylen werden 85,9 MJ pro kg benötigt, für HDPE 73,7 MJ pro kg und für LDPE 81,8 MJ pro kg. Der Energiebedarf von PHB ist etwa halb so hoch wie der der Petro-Polymere und stellt somit eine erhebliche Energieeinsparung dar (Goshal & Bartlett, 1997).
Polymer
Polymilchsäure (PLA) verbraucht derzeit mehr Energie bei der Herstellung als PHB. Ein Kilogramm PLA der ersten Generation benötigt während seines Lebenszyklus 54,1 MJ an Energie. Es wird erwartet, dass das Verfahren verbessert werden kann, und es werden Werte von bis zu 7,4 MJ pro Kilogramm produzierter PLA vorhergesagt. 54,1 MJ sind immer noch deutlich weniger als die Energieverbrauchswerte der meisten Petro-Kunststoffe. Die Berechnungen beziehen den Erdölrohstoff in den Energiebedarf für die Kunststoffe ein.
Thermoplastische Stärke hat den geringsten Energiebedarf unter den genannten Biokunststoffen. Der Lebenszyklusbedarf für TPS liegt bei 25,4 MJ pro produziertem Kilogramm Kunststoff. Bei Schaumstoffen auf Stärkebasis variiert der Energiebedarf zwischen 32,4 und 36,5 MJ pro produziertem Kilogramm. Stärkemischungen haben einen Energiebedarf von bis zu 52,3 MJ pro produziertem Kilogramm. Stärkemischungen bestehen meist aus Petro-Kunststoff. Die Energieeinsparungen von Kunststoffen auf Stärkebasis gegenüber Petro-Kunststoffen sind beträchtlich.
Um die Gesamtenergieeinsparungen von Biokunststoffen, die die in den Ausgangsstoffen enthaltene Energie mit der im Produktionsprozess verbrauchten Energie kombinieren, ins rechte Licht zu rücken, wurden mehrere Vergleiche angestellt. Würde die gesamte VAE-PP-Produktion auf PHB, PLA oder TPS umgestellt, würden die jährlichen Energieeinsparungen 363, 280 bzw. 529 PJ betragen. Ähnliche Energieeinsparungen ergeben sich durch die Umstellung der HDPE- oder LDPE-Produktion auf die Biokunststoffe PHB, PLA und TPS. TPS hat das größte Potenzial für Energieeinsparungen, aber auch das geringste Nutzungspotenzial (Micklethwait & Wooldridge, 2003).
Gesundheit
Im Gegensatz zu erdölbasierten Kunststoffen wurden bei Biokunststoffen keine gesundheitlichen Probleme festgestellt. Die Monomere sickern entweder nicht in die Produkte ein oder sind relativ harmlos, wenn sie es doch tun. Reine Stärke kann, wie bereits erwähnt, metabolisiert werden. Bei Biokunststoffen ist nach wie vor Vorsicht geboten, da es sich um eine aufstrebende Industrie handelt, deren gesundheitliche Auswirkungen möglicherweise erst nach weiteren Untersuchungen deutlich werden. Obwohl die Biokunststoffe selbst bisher als sicher gelten, können einige Schritte bei ihrer Herstellung negative Auswirkungen auf die Gesundheit haben. Beim Anbau von Pflanzen für Biokunststoffe werden häufig Pestizide und Kunstdünger eingesetzt. Pestizide können ins Trinkwasser gelangen. Zu den bekannten Gesundheitsrisiken bestimmter Pestizide gehören Geburtsfehler, Krebs und Nervenschäden. Anorganische Düngemittel enthalten oft giftige Schwermetalle wie Cadmium, wie Philips & Edward (2002) zeigen. Düngemittel werden auch mit schädlichen Algenblüten, einschließlich der roten Flut, in Verbindung gebracht. Diese Probleme können vermieden werden, wenn ökologische Anbaumethoden verwendet werden, was jedoch die Produktion leicht einschränkt.
Der Kunststoffsektor der VAE
In den Vereinigten Arabischen Emiraten ist der Markt für Kunststoffprodukte in Dubai am größten.
Die petrochemische Industrie in den VAE hat im Laufe der Jahre kontinuierlich zugenommen und machte 2005 etwa ein Viertel der gesamten Investitionen in das verarbeitende Gewerbe in den VAE aus. Die Kunststoffindustrie als nachgelagerte Aktivität der Ölindustrie bietet ein beträchtliches Potenzial für die Industrialisierung des Landes insgesamt und insbesondere in Dubai. Durch die beschleunigte Entwicklung einer einheimischen petrochemischen Industrie könnte es zu einer verstärkten Entwicklung kleiner und mittelgroßer Anlagen in der Kunststoffindustrie kommen. Laut dem Dubai Plastic Industries Capabilities Report aus dem Jahr 2009 liegen die VAE in der Kunststoffindustrie auf GCC-Länderebene an zweiter Stelle nach Saudi-Arabien. Das Wachstum der Kunststoffindustrie wird bald zu einer geringeren Abhängigkeit von Importen führen.
In Dubai gibt es etwa 90 Industriebetriebe. Zu den Hauptaktivitäten gehören: “Flaschen und Behälter, Rohre und Formstücke, Taschen, Türen und Fenster, Verschlüsse und Deckel, Folien und Utensilien” (Sethi & Williams, 2001). Allein in Dubai werden jährlich über 1 Milliarde AED mit der Kunststoffproduktion erwirtschaftet, wobei mehr als 70 % auf den Export entfallen. Zu den Branchen, die von der Kunststoffindustrie in den VAE beeinflusst werden, gehören Kosmetik, Haushalt, Bauwesen, Bewässerung, Pharmazeutika und die Lebensmittelindustrie.
Der größte Teil des in den VAE produzierten Kunststoffs wird in den Sudan, den Jemen, Pakistan, Ghana und Südafrika exportiert. In Europa besteht nur eine geringe Nachfrage nach Kunststoffbehältern, obwohl die Nachfrage nach flexiblen Verpackungen in Deutschland und Italien ausreichend ist. Ein weiterer Faktor, der den Verkauf von Kunststoffen nach Europa einschränkt, sind die hohen Kosten für den Transport.
Laut dem Bericht Dubai Plastic Industries Capabilities belief sich die Gesamtzahl der Kunststoffindustrien in den VAE im Jahr 2007 auf etwa 505 Einheiten mit einem Investitionsvolumen von etwa 732 Mio. US$ gemäß der GOIC-Datenbank. In dem Bericht heißt es weiter, dass 153 Einheiten im Bereich Plastiktüten und -verpackungen, 154 im Bereich Rohre und Schläuche, 68 im Bereich künstlicher Schwamm und andere Kunststoffe und 130 im Bereich andere Kunststoffprodukte einschließlich Glasfasern tätig sind. Die Kunststoffindustrie in Dubai ist mit der Industrie der Vereinigten Arabischen Emirate verflochten und profitiert von zahlreichen Verflechtungen, während einige der Branchen in anderen Emiraten Dubai als Exportstandort nutzen.
Das Wachstum des Handels im Kunststoffsektor zeigt die hochgradig diversifizierte Basis, die in dem Maße wachsen kann, wie der diversifizierte Bedarf steigt. Ein mengenmäßiges Wachstum des integrierten Handels (Exporte, Importe und Reexporte) ist ein Zeichen für einen potenziell wachsenden Sektor mit einer vielversprechenden Zukunft, während das wertmäßige Wachstum ebenfalls hoch war, wobei ein Teil des Wachstums auf die Inflation zurückzuführen sein könnte. In absoluten Zahlen belief sich der Wert der Exporte im Jahr 2007 auf fast 1 Milliarde AED, während der Wert der Reexporte rund 1,3 Milliarden AED betrug. Die Einfuhren hatten 2007 einen Wert von 6,1 Mrd. AED. Es ist auch festzustellen, dass die Einfuhren zwischen 2006 und 2007 stark angestiegen sind, was auf wachsende Produktionsmöglichkeiten hinweist.
Schlussfolgerungen
Die Mainstream-Medien widmen den Biokunststoffen immer mehr Aufmerksamkeit, wie die in diesem Beitrag zitierten Zeitungs- und Zeitschriftenartikel zeigen. In diesen Artikeln wird ein zu optimistisches Bild von der Verwendung von Biomaterialien in Kunststoffen gezeichnet. Biokunststoffe haben viele Vorteile gegenüber Petro-Kunststoffen, aber sie müssen dem Hype noch gerecht werden. Wenn man alle Faktoren berücksichtigt, ist der Ersatz eines großen Teils der Kunststoffe durch Biokunststoffe derzeit keine praktikable Option.
Mehrere Eigenschaften machen einen Wechsel zu Biokunststoffen attraktiv. Bei der Herstellung von Biokunststoffen werden weniger fossile Brennstoffe verbraucht als bei Kunststoffen auf Erdölbasis, da keine fossilen Ausgangsstoffe verwendet werden. Sie emittieren während ihres Lebenszyklus weniger Kohlendioxid als Kunststoffe auf Erdölbasis. Biokunststoffe verbrauchen bei ihrer Herstellung weniger Energie als Kunststoffe auf Erdölbasis. Aufgrund ihrer Kompositionsfähigkeit sind sie gesundheitlich weniger bedenklich (Sethi & Williams, 2001).
Das größte Problem bei der Herstellung von Biokunststoffen sind die Auswirkungen auf die Lebensmittelversorgung. Da Biokunststoffe in der Regel aus Lebensmittelpflanzen gewonnen werden, könnte es bei einer Ausweitung der Produktion zu Engpässen und Preissteigerungen kommen. Ein weiteres Problem bei der Umstellung auf Biokunststoffe stellt das Recycling dar. Für Biokunststoffe gibt es noch keine flächendeckenden Recyclingverfahren. Die Vermischung von Biokunststoffen mit anderen Kunststoffen beim Recycling kann zu unbrauchbaren Produkten führen. Dies ist insofern bedenklich, als das Recycling die energetisch und ökologisch günstigste Option für die Herstellung von Produkten auf Kunststoffbasis ist. Die Nachteile von Biokunststoffen nehmen ihnen viel von ihrer Attraktivität. Vor allem eines hemmt den Umstieg auf Biokunststoffe. Trotz aller Vor- und Nachteile ist das der limitierende Faktor, der einen radikalen Umstieg auf Biokunststoffe verhindert.
Referenz
Donaldson, R., & Dunfee, J. (1999). Ties That Bind: A Social Contracts Approach to Business Ethics. Boston: Harvard Business Press. Web.
Goshal, S., & Bartlett, A. (1997). Das individualisierte Unternehmen: Ein grundlegend neuer Ansatz für das Management. UK: Harper Paperbacks. Web.
John E. McGraw-Hill. (2006). Business Ethics. Annual Editions, 35(6), 102-109. Web.
Micklethwait, J., & Wooldridge, A., (2003). Die Gesellschaft: Eine kurze Geschichte einer revolutionären Idee. US: Modern Library. Web.
R. Philips & R. Edward F. (2002). Stakeholder-Theorie und Organisationsethik. San Francisco: Berrett-Koehler Publishers. Web.
Sethi, S., & Williams, F. (2001). Wirtschaftliche Erfordernisse und ethische Werte in der globalen Wirtschaft. US: Springer. Web.