Raus aus der Plastik-Sackgasse

Dieser Beitrag entstammt dem Magazin “Polymere – Alleskönner der Moderne” der Gesellschaft Deutscher Chemiker und wurde publiziert von Spektrum CP.

Kunststoffe sind langlebig, aber häufig nur kurz in Gebrauch und landen dann in der Umwelt. Damit Böden und Gewässer nicht weiter vermüllen, muss Plastik leichter zu recyceln sein.

Als der US-Amerikaner Charles Moore 1997 nach einer Regatta von Hawaii nach Los Angeles segelte, fand er seine Jacht plötzlich umgeben von alten Plastikflaschen, Zahnbürsten, Tüten und anderen Kunststoffteilen. Er hatte den nordpazifischen Müllteppich entdeckt, der inzwischen eine Meeresfläche bedeckt, die mehr als viermal so groß wie Deutschland ist.

Seit den 1960er Jahren hat sich die globale Kunststoffproduktion verzwanzigfacht. 2018 wurden weltweit knapp 360 Millionen Tonnen Plastik hergestellt, dazu mehr als 60 Millionen Tonnen synthetischer Fasern. Eine Folge dieses Booms: Immer mehr Plastik häuft sich in der Umwelt an, in Böden, Seen, Flüssen und vor allem im Ozean. Eine eigentlich nützliche Eigenschaft der meisten Kunststoffe – ihre Widerstandsfähigkeit – wird dabei zum Problem, da ihr Abbau Jahrzehnte bis Jahrhunderte dauert. Rund 30 Prozent des weltweit anfallenden Kunststoffmülls, 75 Millionen Tonnen pro Jahr, landen in der Umwelt. Einen Großteil davon transportieren Flüsse in die Meere. Besonders in Asien, wo die meisten Länder keine oder nur unzureichende Entsorgungssysteme haben – und wohin hoch entwickelte Staaten wie Deutschland ihre Abfälle teilweise verschiffen. Aber auch vom europäischen Festland gelangen jährlich mehrere hunderttausend Tonnen Plastik in die angrenzenden Küstengewässer. Zu den häufigsten Abfällen an Europas Stränden gehören Plastikflaschen, Chipstüten und Luftballons.

Vom Ackerboden bis in die Tiefsee

Schätzungsweise 150 Millionen Tonnen Kunststoffmüll treiben heute bereits im Ozean, und jede Minute kommt etwa eine Lkw-Ladung hinzu.

Plastikabfälle in der Umwelt sind nicht nur ein ästhetisches Ärgernis. Vor allem in den Meeren stellen sie für viele Tiere eine tödliche Gefahr dar: Schildkröten, Delfine und Seevögel verschlucken Kunststoffteile und sterben mit verstopftem Magen-Darm-Trakt, oder sie verheddern sich in ring- und schnurartigem Müll. Auch Korallenriffe leiden vielerorts unter der Plastikverschmutzung. Den Verlust an Naturkapital im Ozean beziffert das Umweltprogramm der Vereinten Nationen auf rund zwölf Milliarden Euro pro Jahr. Neben größeren Müllteilen sammelt sich in Böden und Gewässern immer mehr Mikroplastik an. Das sind Fragmente, die maximal fünf Millimeter messen. Im Fokus der öffentlichen Debatte stehen meist Zusätze in Produkten wie Kosmetika und Waschmitteln. Diese stellen jedoch eine vergleichsweise kleine Quelle für Mikroplastik dar und wurden inzwischen aus vielen Produkten verbannt. Wesentlich öfter findet man in der Umwelt unter anderem Kunststoffgranulat, aus dem Plastikwaren hergestellt werden. Der Hauptanteil entfällt allerdings auf Mikroplastik, das erst durch Fragmentierung größerer Teile entsteht.

Erhebliche Mengen an Mikroplastik entstehen etwa beim Waschen von Textilien aus Kunstfasern und durch die Abnutzung von Autoreifen. In der modernen Landwirtschaft wachsen Erdbeeren, Salat oder Spargel häufig unter Mulchfolien aus Polyethylen, die nach der Ernte teils untergepflügt werden und im Ackerboden allmählich zerfallen. Auch Deponien, auf denen 30 Prozent des weltweiten Plastikabfalls landen, sind eine Quelle für Mikroplastik. Im Ozean gesellt sich zu dem durch Flüsse eingetragenen Mikroplastik jenes, das Wind und Wellen durch Zerreiben von Müllteilen produzieren.

Und es erreicht selbst die entlegensten Winkel. So haben Wissenschaftler Mikroplastik im arktischen Meereis ebenso wie in Tiefseesedimenten nachweisen können. Die winzigen Teilchen reichern sich in Fischen und Muscheln an, die möglicherweise auf unseren Tellern landen. Problematisch sind nicht nur die Kunststoffe selbst, sondern auch die darin enthaltenen Additive wie Farbstoffe oder Weichmacher sowie andere potenziell giftige Substanzen, die ins Meer gelangen und die Mikroplastik magisch anzieht.

Die wachsende Weltbevölkerung und das Streben nach Wohlstand werden die Nachfrage nach Kunststoffen unweigerlich weiter ansteigen lassen. Prognosen zufolge könnte sich die globale Produktion in den nächsten 20 Jahren noch einmal verdoppeln, das Müllaufkommen weiter zunehmen. Um zu verhindern, dass zukünftig mehr Plastik in den Meeren schwimmt als Fisch, gilt es daher zum einen, unnötigen Plastikverbrauch zu vermeiden und Müllquellen zu minimieren.

Erhebliches Potenzial zur Müllvermeidung bieten vor allem kurzlebige Einwegprodukte wie Verpackungen. Diese machen rund ein Viertel des weltweiten Kunststoffverbrauchs aus und etwa die Hälfte der Abfälle im Ozean. Allein in Deutschland fallen pro Kopf jährlich rund 38 Kilogramm Verpackungsmüll an. Sie sind die Folge eines Convenience-Lifestyles mit Coffee-to-go, verzehrfertigen Salaten im Supermarkt sowie Currys oder Sushi per Lieferservice.

Die Europäische Union hat im Rahmen ihrer Kunststoffstrategie ein ab 2021 geltendes Verbot von Einwegartikeln wie Strohhalmen oder Wegwerfbesteck beschlossen. Plastiktüten, Symbol des globalen Plastikproblems, sind in zahlreichen Ländern inzwischen verboten oder dürfen nicht mehr kostenlos abgegeben werden. Unverpackt-Läden, in denen Käufer ihre Waren in mitgebrachte Behälter abfüllen, sind ein weiteres Beispiel für Ansätze, das Müllaufkommen einzudämmen (wenngleich diese Läden bisher lediglich eine Nische für einkommensstarke Konsumenten besetzen). In vielen Bereichen sind Kunststoffe auf Grund ihrer Funktionalität jedoch schlicht unverzichtbar oder haben deutliche Vorteile gegenüber anderen Materialien. So halten Kunststoffe Lebensmittel länger frisch und sichern die Hygiene in Krankenhäusern. Sie helfen, das Gewicht von Autos und Flugzeugen und damit den Kraftstoffverbrauch zu senken. Unsere moderne Kommunikation via Smartphone und Computer wäre ohne Plastik undenkbar.

Kreislaufwirtschaft statt linearer Stoffströme

Um die Einträge von Kunststoffabfällen in die Umwelt zu verringern, ist es daher zum anderen notwendig, weltweit Recyclingquoten drastisch zu steigern. Das bedeutet nicht nur Entsorgungssysteme auf- beziehungsweise auszubauen, sondern darüber hinaus, effiziente Sortierverfahren zu entwickeln und Kunststoffe derart zu designen, dass sie recycelfähig sind. Polymergemische und Produkte aus verschiedenen und oft verklebten Kunststoffen erschweren die Wiederverwertung oder resultieren in minderwertigen Rezyklaten (so genanntes Downcycling). Auch deshalb endet heute gut die Hälfte des weltweit erzeugten Plastikmülls auf Deponien und in Verbrennungsanlagen.

Wissenschaftler suchen nach Lösungen, wie sich Kunststoffe leichter trennen und mehrfach zu neuen Flaschen, Fasern oder Folien verarbeiten lassen. Ziel ist es, lineare Stoffströme in eine Kreislaufwirtschaft zu verwandeln, in der Plastik als wertvoller Rohstoff betrachtet wird. Polymere nicht stets aus fossilen Rohstoffen neu zu synthetisieren, würde zudem die CO2-Bilanz der globalen Kunststoffproduktion verbessern, die immerhin sechs Prozent des weltweit geförderten Öls verschlingt.

Ein großes Problem beim Recycling von Plastik sind Verunreinigungen durch Fremdkunststoffe. Es reichen beispielsweise Spuren von Polyvinylchlorid (PVC) aus, einem oft für Verpackungen verwendeten Polymer, um recyceltes Polyethylenterephthalat (PET) praktisch unbrauchbar zu machen. PVC bildet Säuren, die PET brüchig und gelblich werden lassen. Auch andere Kunststoffe genügen nach dem Recyclingprozess häufig nicht mehr den mechanischen oder optischen Ansprüchen.

Grund für Verunreinigungen ist unter anderem, dass Sortieranlagen Kunststoffe nicht immer gut unterscheiden können, etwa zwischen PVC- und PET-Flaschen oder zwischen Polyethylen (PE) hoher und niedriger Dichte. Forscher haben dafür eine Lösung gefunden: unsichtbare Fluoreszenz-Marker, die man auf Verpackungen druckt. Die Marker können unter UV-Licht maschinell gelesen werden und verraten der Anlage, um welche Sorte Plastik es sich jeweils handelt.

Eine weitere Herausforderung ist das Trennen von Kunststoffen, die miteinander verschweißt oder verklebt sind. Viele Verpackungen bestehen aus mehreren Plastikschichten und eignen sich daher nicht für ein mechanisches Recycling. Die Firma APK in Merseburg, Sachsen- Anhalt, hat ein Verfahren etabliert, bei dem PE mit Hilfe eines wiederverwendbaren Lösungsmittels aus mehrlagigen Verpackungen gewonnen wird – in einer Qualität, die vergleichbar ist mit neuem PE-Granulat.

Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben sich Forscher überlegt, wie Handys und andere Elektronikgeräte leichter repariert und recycelt werden können. Herausgekommen ist dabei ein reversibler Kleber: Dieser ist bei Raumtemperatur stabil, löst sich aber durch Erwärmen punktgenau. Die KIT-Forscher haben dafür Sollbruchstellen in die Polymerketten eingebaut, die sich je nach gewünschter Ablösetemperatur des Klebers modifizieren lassen.

Rettung Bioplastik?

Und auch Biotechnologie könnte helfen, Kunststoffe zukünftig in größerem Maßstab wiederzuverwerten. So haben französische Forscher jüngst ein Enzym beschrieben, das mit hoher Effizienz PET in dessen Bausteine – die Monomere – zerlegt. Diese eignen sich wieder für die Herstellung hochwertiger Polymere, die man sonst aus Erdöl synthetisieren würde.

Die Beispiele zeigen, dass der Lebenszyklus von Kunststoffen keine Einbahnstraße sein muss, die auf der Müllhalde, in der Verbrennung oder schlimmstenfalls in der Umwelt endet. Zugleich ist ein Szenario, in dem überhaupt kein Plastik in Böden und Gewässer gelangt, wenig realistisch. Selbst wenn es gelänge, diesen Müllanteil von heute 30 auf ein Prozent zu senken, wären das immer noch mehr als zwei Millionen Tonnen Abfall, die sich jährlich in der Umwelt anhäufen. Um zu verhindern, dass diese dort Jahrzehnte überdauern, sollen deshalb zukünftig vermehrt Kunststoffe eingesetzt werden, die Mikroorganismen verdauen können.

Biologisch abbaubare Kunststoffe finden insbesondere bei Verpackungen oder Ackerfolien zunehmend Verwendung. Sie können sowohl aus nachwachsenden Rohstoffen etwa aus Zuckerrohr oder Mais bestehen (biobasierte Kunststoffe) als auch erdölbasiert sein.

Allerdings werden als kompostierbar verkaufte Folien, Mülltüten oder To-go-Becher häufig nur unter bestimmten Bedingungen effektiv abgebaut, und eine vollständige Kompostierung in der freien Natur kann Monate oder Jahre dauern. Das gilt zum Beispiel für Produkte aus Polymilchsäure, die rund 25 Prozent aller biologisch abbaubaren Kunststoffe ausmachen. Auch gibt es bislang keinen marktfähigen Kunststoff, der in Meerwasser schnell verrottet.

Das Problem der Umweltbelastung durch Plastikabfälle zu lösen, ist eine große Herausforderung. Während sich Punktquellen wie synthetische Mikrofasern aus Waschmaschinen durch den Einbau von Filtern vergleichsweise leicht beseitigen ließen, sind diffuse Umwelteinträge, etwa durch Reifenabrieb, schwieriger zu verhindern. Mehr Recycling und Biokunststoffe allein werden am Ende nicht ausreichen. Ebenso notwendig ist es, weniger Plastik zu verbrauchen – und verschiedene Transportmittel intelligent zu kombinieren.