Kunststoffe und Umwelt | ||||||||||||||||||||||
Die meisten Kunststoffe werden aus Erdöl hergestellt. Doch dieser fossile Rohstoff, der als Zersetzungsprodukt aus
ehemaligen Lebewesen entstanden ist, steht nicht unbegrenzt zur Verfügung.
Daher erscheint es sinnvoll, wenn Kunststoffe im Recycling wiederverwertet
werden. Viele Kunststoffe wie Polyethen sind
gegen Umwelteinflüsse äußerst widerstandsfähig und
bauen sich in der Natur nur schlecht ab. Die Kunststoffe lagern für
Jahrtausende auf Mülldeponien. Manche Kunststoffe wie PVC erzeugen beim
Verbrennen toxische Reaktionsprodukte. Ein weiteres Problem stellen toxische Ausgangsstoffe und Zwischenprodukte
dar, denen die Arbeiter bei der Produktion ausgesetzt sind. Auch diese
Stoffe müssen entsorgt werden und können zu Umweltschädigungen
führen. In der Zwischenzeit sind einige dieser Probleme erkannt worden: Für Weich-PVC gilt beispielsweise seit 1999 ein EU-weites Verbot für
Kinderspielzeug.
Bei der Wiederverwertung von Kunststoffen sind drei Verfahren von Bedeutung: Beim werkstofflichen
Recycling werden die Kunststoffabfälle zunächst zu
Granulat zerkleinert, danach eingeschmolzen und zu neuen Formen verarbeitet.
Dieses Verfahren findet bei Flaschenkästen, Kunststoff-Flaschen wie bei PET-Flaschen und Folien Anwendung.
Nachteil: Ein Gemisch aus vielen kleinteiligen Abfällen lässt
sich nur noch schwer und unter Zusatz von neuem Material verarbeiten.
Beim rohstofflichen Recycling werden die Makromoleküle in einer Pyrolyse in kurzkettige Moleküle aufgespalten. Durch Erhitzen bei 600 bis 900 °C unter Sauerstoffabschluss ist gewährleistet, dass keine Verbrennung stattfindet. Bei der Pyrolyse von Polyethen und Polypropen entstehen Monomere wie Methan, Ethan, Ethen, Propen und Benzol an. Die Auftrennung der einzelnen Produkte erhält man durch eine nachfolgende Destillation. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass die Abfälle nicht sortiert werden müssen. Allerdings erzeugt die notwendige Trennung der Produkte und die Neuherstellung der Kunststoffe hohe Kosten. Bei der thermischen Verwertung werden die Kunststoffabfälle unter Nutzung der dabei entstehenden Wärmeenergie verbrannt. Diese Verwertung ist kostengünstig, es können aber giftige Produkte entstehen, so dass eine Abgasreinigungsanlage notwendig ist. Biologisch abbaubare Polymere Der anfallende Hausmüll kann auf
Deponien gelagert, in Müllverbrennungsanlagen verbrannt oder wiederverwertet
werden. Der Hausmüll enthält aber auch einen relativ hohen Anteil
an kompostierbarem Material. Dabei sind nicht nur Stoffe auf pflanzlicher
oder tierischer Basis abbaubar, sondern auch Kunststoffe, die folgende
Anforderung erfüllen:
Eine sinnvolle Alternative sind Blends,
bei denen nachwachsende Rohstoffe mit abbaubaren Polyestern vermischt werden.
So kombiniert ein derart hergestelltes Material die biologische Abbaubarkeit
des nachwachsenden Rohstoffes mit der guten Verarbeitbarkeit des fossilen
Rohstoffes. Der Einsatz von biologisch abbaubaren
Polymeren ist überall dort sinnvoll, wo das Material nur eine begrenzte
Zeit halten muss, zum Beispiel bei Plastiktüten, Joghurtbechern oder bei Verpackungsmaterial
im Haushalt. Es sind zwei Gruppen von Polymeren von Bedeutung:
Materialien auf Stärke- und Cellulosebasis Stärke wird vorwiegend aus Mais,
Weizen oder Kartoffeln hergestellt. Damit die Stärke verarbeitet und
verformt werden kann, wird sie mit Wasser oder mit Alkoholen als Weichmacher
versetzt. Auf diese Art und Weise lassen sich aus Stärke Suppenteller,
Kaffeetassen oder diverse Verpackungsmaterialien wie Eierbehälter oder Verpackungschips herstellen. Der
Nachteil dieser Polymere liegt darin, dass sie wasseranziehend und durch
Wärmebehandlung nicht gut verformbar sind. Cellophan ist aus biologisch
abbaubarem Cellulosehydrat aufgebaut und eignet sich zur Herstellung von
Verpackungsfolien auf Cellulosebasis.
Materialien auf Polyesterbasis Polyester sind oft nur als Kunstfasern
bekannt. Sie kommen aber auch als natürliche Polymere vor. Ihre biologische
Abbaubarkeit lässt sich aufgrund des Molekülbaus begründen.
Sie enthalten nicht nur reine Kohlenstoff-Ketten, sondern durch die Ester-Bindung auch Sauerstoff-Atome in der Kette, beispielsweise Polymilchsäure, Poly-3-hydroxybuttersäure
(Markenname Biopol®), Polycaprolacton und der von der BASF
entwickelte BTA-Copolyester (Markenname Ecoflex®). Letzterer
erhält man durch eine Umsetzung von Butandiol mit Terephthalsäure
und Adipinsäure. Diese Polyester lassen sich zu Folien und Formteilen
verarbeiten und eignen sich sogar als chirurgisches Nähmaterial. Die
Ester-Bindung wird durch Wasser gespalten und kann dann von den Mikroorganismen
abgebaut werden.
Eine Folie für Lebensmittelverpackungen
sollte im Interesse der Hygiene und der Haltbarkeit möglichst keine
Gase und Flüssigkeiten durchlassen.Durch
Polyester-Beschichtungen auf Stärke-Verpackungen erreicht man eine
Wasser- und Fettundurchlässigkeit. Insofern stellen auch Verbundwerkstoffe
aus biologisch abbaubaren Materialien eine sinnvolle Kombination dar.
Didaktische Hinweise und Ökobilanzen von abbaubaren Polymeren Im Unterricht bietet sich eine Diskussion
um die Einsatzmöglichkeiten und Grenzen von nachwachsenden Rohstoffen
im Hinblick auf die Kunststoffe an.
Zunächst kann man überlegen, ob die Verwendung einer Kunststoffverpackung
überhaupt notwendig ist. So könnte man ja auch auf einen Markt
gehen und die Behältnisse wie Flaschen oder Schüsseln selbst mitbringen
und befüllen lassen. Bei der Verwendung von PET für Getränke treten geschmackliche Veränderungen auf, so
auch beim Mineralwasser oder bei der Milch. Dies weist darauf hin, dass
chemische
Verbindungen von der Verpackung in das Getränk übergehen.
Dieser
Effekt verstärkt sich, wenn die Flaschen länger an der Sonne
oder an der Wärme stehen oder wenn die Getränke
kohlenstoffdioxidhaltig
sind. Bei der Verunreinigung handelt es sich vor allem um den leicht
fruchtig
schmeckenden Stoff Acetaldehyd, der
bei der Kunststoffproduktion verwendet wird; in geringen Mengen ist auch
Terephthalsäure in den PET-Flaschen nachweisbar. Es ist bis heute nicht hinreichend bekannt,
wie sich der giftige Acetaldehyd in regelmäßig verabreichten,
geringen Mengen auf den menschlichen Körper langfristig auswirkt,
auch wenn die nachweisbaren Mengen meist unter dem gesetzlichen Grenzwert
liegen. *) Anmerkung
In der Zwischenzeit haben einige der Hersteller reagiert und das Herstellungsverfahren
so geändert, dass die geschmacklichen Beeinträchtigungen beim
Mineralwasser nicht mehr auftreten. Bei hochwertigen Produkten wird auch
ein Blocker beigefügt, der den Acetaldehyd chemisch bindet.
Grundsätzlich besitzen biologisch
abbaubare Polymere eine günstigere Ökobilanz und verwirklichen
den Grundsatz eines geschlossenen Stoffkreislaufes. Bei der Einwegproduktion wird ein Verpackungsprodukt nur einmal verwendet und dann auf einer
Deponie entsorgt oder in einer Müllverbrennungsanlage verbrannt.
Bei der Kreislaufwirtschaft führt man die Verpackung in den natürlichen Stoffkreislauf zurück. Beim Recycling werden die Rohstoffe wiederverwertet.
*) Anmerkung: Bei regelmäßigem Alkoholkonsum wird Alkohol in
der Leber zu Acetaldehyd umgebaut. Der so gebildete Acetaldehyd erzeugt
Kopfschmerzen und schädigt die Leber. In einigen Fällen entwickelt
der menschliche Körper Antikörper gegen den Fremdstoff, die dann
wiederum den Körper selbst schädigen. Das entspricht dem Prinzip
einer Autoimmunkrankheit, die in diesem Fall alkoholbedingt ist. Acetaldehyd
ist auch im Zigarettenrauch enthalten und verursacht bei Rauchern eine
erhöhte Wahrscheinlichkeit an Krebs im Mund, im Kehlkopf oder in der Speiseröhre.
Unterrichtsanregungen Nachwachsende Rohstoffe im Farbenprojekt Nutzung erneuerbarer Energien Herstellen einer biologisch abbaubaren Folie aus Stärke doc docx pdf >Sicherheitsempfehlung Natriumhydroxid docx pdf |