Aus städtischem Bioabfall wird biologisch abbaubarer Kunststoff
In mit EU-Finanzmitteln errichteten Pilotanlagen in Italien und Portugal wurde aus Abfällen ein biologisch abbaubares Biopolymer produziert, das zur Herstellung von Biokunststoffen verwendet werden kann. „Sobald man das Polymer erhält, und das ist das Neue an dem Verfahren, kann man es mit typischen Kunststoffverarbeitungstechniken in Produkte für verschiedene Anwendungen umwandeln“, so Mauro Majone. Er ist Projektkoordinator von RES URBIS und Professor für Verfahrenstechnik an der Universität La Sapienza in Rom. Mehrere mikrobielle Kulturen produzieren diese Art von Polymer im Inneren der Zellen, wenn sie „gestresst“ sind. „Da die Zellen unregelmäßig gefüttert werden, schwankt die Mikrobe stetig zwischen Festmahl und Hungersnot. Das führt zu Stress, weshalb es die Mikrobe vorzieht, das Substrat in sich selbst als Polymergranulat zu speichern“, erklärt Majone. Das Biopolymer, das als Polyhydroxyalkanoat oder PHA bekannt ist, „erhöht den Wert von Abfällen und produziert gleichzeitig Kunststoffe ohne Ölbasis, die biologisch abbaubar sind und die derzeitigen Kunststoffe auf Ölbasis ersetzen können“, sagt er. Gegenwärtig werden diese Polymere aus Nutzpflanzen unter Verwendung von Reinkulturen hergestellt, was kostspielig sein kann. Die Gruppe entwickelte jedoch ein neuartiges Verfahren auf Basis von Klärschlamm, der in großen Mengen zur Verfügung steht. Es wurden verschiedene Arten von Kunststoffen für Verpackungen und Gebrauchsgüter getestet. „Wir haben Verpackungsfolien und einen Prototyp für einen Griff aus Hartkunststoff hergestellt, der nur eine geringe Menge des Polymers benötigt und zum Tragen von Kartonagen verwendet werden kann. Aber im Prinzip kann auch jeder andere Hartkunststoff auf diese Weise hergestellt werden“, sagt Majone. Das Projektteam stellte außerdem fest, dass PHA-Folien ein gutes Haftungsvermögen aufweisen und für Mehrschichtverpackungen genutzt werden können. „Mehrschichtfolien benötigen in der Regel eine dünne Klebstoffschicht, wobei häufig Polyurethane zum Einsatz kommen, bei denen es sich um nicht biologisch abbaubare Polymere auf Ölbasis handelt. Diese können jetzt durch dieses biobasierte, erneuerbare, variable Polymer ersetzt werden“, so Majone.
Pilotprojekte
Während des dreijährigen Projekts wurde die Herstellung von PHA vom Labor auf Pilotanlagen ausgeweitet. So verwendet eine Pilotbioraffinerie in Treviso in der Nähe des italienischen Venedig organischen Kohlenstoff aus der getrennten Sammlung von Siedlungsabfällen und Schlamm aus Kläranlagen. Eine andere Anlage im portugiesischen Lissabon hingegen setzt verschiedene organische Abfälle aus der Lebensmittelverarbeitung ein, insbesondere aus der lokalen Fruchtsaftgewinnung. „Wir haben gelernt, dass das Verfahren stabil und robust genug ist, um damit zurechtzukommen, dass der Abfall nicht sehr stabil ist und eine gewisse Heterogenität aufweist und dass damit ein hochwertiges Polymer hergestellt werden kann“, sagt Majone.
Kosten-Nutzen-Analyse
Um kostengünstig zu sein, muss sich der Abfall in der Nähe befinden, sodass langwierige Transporte vermieden werden können. Zudem sollte die Verarbeitung an die örtlichen Gegebenheiten angepasst werden. Das Projektteam führte demnach eine technisch-ökonomische Analyse von Abfallbewirtschaftungssystemen in verschiedenen Teilen Europas durch, darunter Barcelona, Kopenhagen, Lissabon, Trient in Norditalien sowie Südwales. „Wir wollten unsere neue Lösung in die bestehende Abfallwirtschaft integrieren, um das bereits Vorhandene zu nutzen“, erklärt Majone. Ein regulatorisches Problem besteht jedoch darin, dass Verunreinigungen im Abfall auf das Produkt übertragen werden können. „Wir haben mehr als 100 verschiedene Arten von Verunreinigungen aus drei Familien untersucht“, so Majone. „Unser Material entspricht den Regulierungsstandards. Wir müssen keine speziellen Schritte zur Entfernung von Verunreinigungen hinzuzufügen.“ „Wir sind dem Prinzip der Kreislaufwirtschaft für Verpackungen gefolgt – der regulatorischen Notwendigkeit eines sogenannten ‚Endes der Abfalleigenschaft‘ – dass es sich nicht mehr um Abfall, sondern um ein Produkt handelt. Wir haben einen Antrag vorbereitet, um zu zeigen, dass dies der Fall ist“, merkt er an. Dieser muss jedoch von Land zu Land genehmigt werden, um der Kommerzialisierung näher zu kommen. Als Nächstes soll eine Demonstrationsanlage zur Herstellung mehrerer Tonnen des Polymers pro Jahr folgen.
Schlüsselbegriffe
RES URBIS, Polymere, Biopolymer, biologisch abbaubarer Kunststoff, Abwasser, Schlamm, Verpackungsfolie, organische Abfälle, Abfallwirtschaft
