Biologisch abbaubarer Werkstoff

Mulchfolie aus bioabbaubarem PLA-Blend Bio-Flex

Biologisch abbauende Mulchfolie aus PLA-Blend Bio-Flex

Kompostierbarkeitsabzeichen der DIN CERTCO und der European Bioplastics nach EN 13432

Biologisch abbaubare Werkstoffe (BAW) bzw. Kunststoffe werden je nach Anwendungsgebiet und Intention unterschiedlich definiert. Materialien werden als biologisch abbaubar bezeichnet, wenn sie durch Mikroorganismen, bzw. Enzyme z. B. im Boden abgebaut werden. Der Abbau erfolgt im Wesentlichen durch Oxidations- und Hydrolyseprozesse zu den Spaltprodukten Wasser, Kohlendioxid und Biomasse.

Biologisch abbaubare und kompostierbare Kunststoffe

Unter diese Definition fallen neben verschiedenen Kunststoffen aus nachwachsenden Rohstoffen (Biokunststoffe) auch erdölbasierte Materialien wie Polyvinylalkohole, Polycaprolactone oder bestimmte Copolyester (z. B. Ecoflex von BASF). Allerdings sind nicht alle auf nachwachsenden Rohstoffen basierenden Biokunststoffe zwangsläufig biologisch abbaubar (z. B. vulkanisierter Kautschuk).

Zur Prüfung der biologischen Abbaubarkeit, respektive Kompostierbarkeit, von Kunststoffprodukten wurde im Jahr 2000 die Europäische Norm EN 13432 / EN 14995 eingeführt, in denen wissenschaftliche Methoden zum Nachweis der biologischen Abbaubarkeit definiert sind. Nach dieser Norm geprüfte Werkstoffe und Produkte können zertifiziert werden und sind dann berechtigt, das Kompostierbarkeitszeichen zu verwenden.

Viele BAWs sind bereits im internationalen Markt etabliert. Zunehmend finden sie Verwendung für Verpackungsmittel aller Art, Tragetaschen, Müllbeutel, Mulchfolien sowie Catering-Artikel. Diese Artikel können mit dem Logo „kompostierbar“ gekennzeichnet werden. Beispiele für BAWs sind die Bio-Rohkunststoffe CA (Celluloseester), PLA (Polylacticacid, Polymilchsäure), PHA (Polyhydroxyalkanoate), PCL (Polycaprolactone), Stärkederivate und spezielle Copolyester wie PBAT (Polybutylenadipat-terephthalat) und PBS (Polybutylensuccinat).

Oxo-abbaubar und oxo-biologisch abbaubar

Der Begriff „biologisch abbaubar“ ist deutlich abzugrenzen von in der Verpackungsindustrie genutzten Polyolefinfolien (v. a. PE), die als „oxo-biologisch abbaubar“ oder „oxo-abbaubar“ deklariert sind. „Oxo-abbaubare“ Additive bestehen meist aus Metallionen (Kobalt, Mangan, Eisen, Zink) welche die Oxidation und den Kettenabbau in Kunststoffen, besonders unter Wärme, Luft und Sauerstoff beschleunigen. Ergebnisse dieses Kettenabbaus sind sehr kleine, kaum sichtbare Kettenfragmente, welche nicht biologisch abbauen (keiner der Additivhersteller hat bislang Daten bereitstellen können)^[1][2], allerdings durch unsere Nahrungskette wandern.^[3] Hersteller dieser Additive beziehen sich gelegentlich auf eine ASTM-Prüfrichtlinie, welche jedoch keinerlei Grenzwerte beinhaltet, noch die Erreichung eines Zertifikates ermöglicht.

Im Körper abbaubare Materialien

Im engeren Sinne (v. a. im Bereich der Biomedizin) als bioabbaubar werden Materialien bezeichnet, die im Körper durch Macrophagen, Enzyme oder Hydrolyse innerhalb von Tagen bis wenigen Jahren abgebaut werden. Hierunter fallen v. a. biogene Polymere wie Kollagen, Fibrin oder Hyaluronsäure, aber auch Polymilchsäure (Polylactid), Polyglycolid und Polycaprolacton.

Testverfahren

Allgemein anerkannt sind die OECD-Testverfahren, die auch im Rahmen der Chemikalienzulassung verwendet werden. Für die Klassifizierung als Biokunststoff wird auch die Kompostierbarkeit untersucht.

Leichte biologische Abbaubarkeit (OECD 301)

Die Tests der OECD-Testserie 301 (A-F) weisen einen raschen und vollständigen biologischen Abbau nach.

Leichte biologische Abbaubarkeit einen schnellen und einigermaßen vollständigen Abbau einer Prüfsubstanz in einem aquatischen Milieu unter aeroben Bedingungen. Unterschiedliche Testmethoden stehen für gut oder schlecht lösliche sowie für flüchtige Substanzen zur Verfügung.

• Kohlendioxid - Entwicklungstest (OECD 301 B): Das durch den biologischen Abbau der Prüfsubstanz entstehende Kohlendioxid wird regelmäßig über 28 Tage analysiert und ist Indikator für den biologischen Abbau. Dieser sog. Sturm-Test wird für die Untersuchung schlecht wasserlöslicher Chemikalien verwendet.
• Geschlossener Flaschentest (OECD 301 D): Die biologische Abbaubarkeit der Prüfsubstanz wird bestimmt, indem in regelmäßigen Intervallen über einen Zeitraum von 28 Tagen der Verbrauch von gelöstem Sauerstoff ermittelt wird. Dieser Test wird für flüchtige Chemikalien verwendet.
• Modifizierter OECD-Screening-Test (OECD 301 E): Die biologische Abbaubarkeit der Prüfsubstanz wird über die Messung des Dissolved Organic Carbon (= gelöster organischer Kohlenstoff) über einen Zeitraum von 28 Tagen ermittelt. Dieser Test wird bei ausreichend wasserlöslichen Chemikalien angewendet.

Inhärente Abbaubarkeit (OECD 302)

Die Tests der OECD-Testserie 302 (A-C) weisen eine zwar eingeschränkte, grundsätzlich aber doch mögliche biologischen Abbaubarkeit der untersuchten Chemikalie nach. Substanzen, die solche Tests bestehen, gelten als grundsätzlich oder inhärent biologisch abbaubar.

• Der Zahn-Wellens-EMPA-Test (OECD 302 B) untersucht die aerobe biologische Abbaubarkeit der Prüfsubstanz und gibt das Ergebnis über die Abnahme des chemischen Sauerstoffbedarfs oder des Dissolved Organic Carbon an. Es handelt sich um den meistverwendeten Test für die Untersuchung der inhärenten Abbaubarkeit. Er liefert zusätzlich Informationen über das Adsorptionsverhalten des untersuchten Stoffs.

Kompostierbarkeit

Biokunststoffe werden der Prüfung der Kompostierbarkeit von Kunststoffen unterzogen. Diese war in Deutschland unter der 2004 ersatzlos zurückgezogenen DIN-Norm DIN V 54900-1 ... 3 beschrieben; die amerikanische ASTM D-6400 fordert eine Abbaubarkeit von Kunststoffen von 60 % innerhalb von 180 Tagen, um Produkte als „kompostierbar“ zu kennzeichnen. Eine Anerkennung als biologisch abbaubarer Werkstoff und kompostierbarer Werkstoff erfolgt nur, wenn die Stoffe innerhalb von 12 Wochen in einer Industriekompostierung nach Europäischer Norm EN 13432 zu mindestens 90 % abgebaut werden.

Literatur

• Hans-Josef Endres, Andrea Siebert-Raths: Technische Biopolymere. Hanser-Verlag, München 2009; ISBN 978-3-446-41683-3
• G. Maier: Polymerwerkstoffe, 1. Einführung. In: Erich Wintermantel, Suk-Woo Ha: Medizintechnik mit biokompatiblen Werkstoffen und Verfahren. 2. Auflage. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 2002, ISBN 3-540-41261-1.
• Erich Wintermantel, Suk-Woo Ha: Biokompatible Werkstoffe und Bauweisen. 2. Auflage. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 1998, ISBN 3-540-64656-6.

Weblinks

• http://www.european-bioplastics.org European Bioplastics e.V.
• http://www.inaro.de/Deutsch/ROHSTOFF/industrie/STAERKE/baw.htm
• http://www.fkur.com/fileadmin/user_upload/MediaInfo/Heisse_Eisen/Sustainable_Plastics.pdf (PDF-Datei; 42 kB)

Einzelnachweise

1. ↑ Hans-Josef Endres, Andrea Siebert-Raths: Technische Biopolymere. Hanser-Verlag, München 2009; ISBN 978-3-446-41683-3, S. 28-29.
2. ↑ European Bioplastics: Position paper: Oxo-biodegradable Plastics, 2009, abgerufen am 24. September 2009 (pdf).
3. ↑ N.N. Position Paper on Oxo-degradable Plastics FKuR Kunststoff GmbH, 2008.