Kurzinfo: Biokunststoffe und nachhaltige Materialalternativen für eine bessere Zukunft der Automobilindustrie.
Kunststoffe begleiten die Automobilindustrie fast von Anfang an. Sie revolutionierten Autos und machten sie leichter, komfortabler und sicherer. Heute stehen sowohl die Kunststoff- als auch die Automobilindustrie an der Schwelle zu einer weiteren grünen Revolution, die ihre Arbeitsweise für immer verändern wird. Auf der Welle der Öko-Revolution werden Biokunststoffe und innovative, nachhaltige Kunststoffe aus Biomasse und Post-Consumer-Abfällen aus expandiertem Polypropylen (EPP) zunehmend in modernen Autos eingesetzt. Sie sind die ideale Antwort auf die Notwendigkeit, den Kohlenstoff-Fußabdruck der Automobilproduktion zu verringern und die immer knapper werdenden fossilen Brennstoffressourcen zu schonen. All dies führt dazu, dass diese modernen Materialien oft als die grüne Zukunft der Automobilindustrie angesehen werden.
Was sind Biokunststoffe?
Biokunststoffe sind nachhaltige Kunststoffe, die aus nachwachsenden Rohstoffen wie Pflanzenölen, Maisstärke, Zuckerrohr oder von Mikroorganismen hergestellten Stoffen hergestellt werden. Anders als herkömmliche Kunststoffe, die auf fossilen Brennstoffen basieren, verbrauchen sie keine knappen Ressourcen und erfordern keine energieintensive Verarbeitung. Dies bedeutet auch eine Verringerung der Emissionen von Schadstoffen und Treibhausgasen. Die Herstellung von Biokunststoffen ist also weniger umweltschädlich. Was die Entsorgung angeht, so sind einige biologisch abbaubar, andere können wie synthetische Kunststoffe lange Zeit in der Natur verbleiben und sollten daher ebenfalls recycelt werden.
Welche Arten von Biokunststoffen gibt es?
Biokunststoffe stellen eine sehr heterogene Materialgruppe dar. Abhängig von den bei ihrer Herstellung verwendeten Rohstoffen und ihren Eigenschaften werden sie in verschiedene Typen unterteilt. Einige von ihnen sind biologisch abbaubar, das heißt, sie können von natürlichen Organismen wie Bakterien und Pilzen abgebaut werden. Andere sind zwar aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt, aber nicht biologisch abbaubar. Zu den dauerhaften Biokunststoffen gehören z. B. Bio-PET oder Biopolyethylen, zu den biologisch abbaubaren Biokunststoffen gehören Polylactid, Polybutylensuccinat oder Polyhydroxyalkanoate.
Biokunststoffe auf Zellulosebasis
Einer der vielversprechendsten Rohstoffe für die Herstellung von Biokunststoffen ist Zellulose, die in allen Pflanzen vorkommt. Daraus hergestellte Biokunststoffe basieren hauptsächlich auf Celluloseestern (Nitrocellulose) und deren Derivaten, wie zum Beispiel Zelluloid. Das natürliche Polymer ist nicht nur einfach zu verarbeiten und zu gewinnen, sondern ermöglicht auch die Herstellung eines Materials mit relativ guten mechanischen und thermischen Eigenschaften. Es verfügt außerdem über eine hervorragende biologische Abbaubarkeit – es kann in nur wenigen Tagen um mehr als 40 % abgebaut werden.
Biokunststoffe auf Stärkebasis
Kunststoffe auf Stärkebasis sind die zweitbeliebteste Gruppe von Biokunststoffen. Sie sind biologisch abbaubar und günstig in der Herstellung – Stärke ist in vielen Pflanzen wie Kartoffeln, Mais und Tapioka reichlich vorhanden. Bei der Herstellung daraus hergestellter Biokunststoffe werden diese plastifiziert und mit anderen Polymeren bzw. Biopolymeren kombiniert, was deren Flexibilität und Verarbeitbarkeit verbessert. Biokunststoffe auf Stärkebasis werden in vielen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise in Einwegverpackungen, Einkaufstüten und Einweggeschirr.
Aliphatische Biokunststoffe
Hierbei handelt es sich um Biokunststoffe, die aus aliphatischen Polyestern hergestellt werden, die aus Biomasse unterschiedlicher Herkunft gewonnen werden, z. B. aus kohlenhydratreichen landwirtschaftlichen Rohstoffen (Kartoffeln und Mais) oder lignozellulosehaltigen Materialien (Holz und Pflanzenstämme) sowie aus organischen Abfällen. Durch komplexe biochemische Prozesse in Bioraffinerien werden aus Biomasse chemische Verbindungen gewonnen, aus denen dann biobasierte Polymere synthetisiert werden. Trotz ihres organischen Ursprungs benötigen aliphatische Biokunststoffe mehr Energie im Produktionsprozess und sind nur in einigen Fällen biologisch abbaubar.
Bio-Derivat von Polyethylen
Bio-Polyethylen (BIO PE) ist eine Art Biokunststoff, der teilweise aus Pflanzen wie Zuckerrohr oder Mais hergestellt wird. Es ist eine moderne Alternative zu herkömmlichem Polyethylen, das zu 100 % recycelbar, aber nicht biologisch abbaubar ist. Dieses Material eignet sich wie sein herkömmliches Gegenstück hervorragend für die Herstellung von Verpackungen und enthält weder Bisphenol A noch andere Schadstoffe. Bei der Herstellung von Bio-Polyethylen wird Kohlendioxid in der Atmosphäre reduziert (3,09 kg CO2 für jedes Kilogramm BIO PE-Ökokunststoff), da Zuckerrohr und Mais während der Wachstumsphase Sauerstoff produzieren.
Polyhydroxyalkanoate (PHAs)
Polyhydroxyalkanoate, auch PHAs genannt, sind Polyester, die in der Natur von zahlreichen Mikroorganismen hergestellt werden, unter anderem durch bakterielle Fermentation von Zuckern oder Lipiden. Sie sind biologisch abbaubar, was sie zu einer nachhaltigen Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen macht, sowohl zu Thermoplasten als auch zu Elastomeren (mit Schmelzpunkten zwischen 40 und 180 °C). Sie werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, von Verpackungen bis hin zu Geräten, Implantaten und künstlichen Geweben.
Polyamid 11
Dieser auch als Nylon 11 bezeichnete Kunststoff ist eine Art Polyamid, das aus Undekansäure hergestellt wird, die z. B. aus Pflanzenöl gewonnen wird. Dieses thermoplastische Polymer ist in der Industrie aufgrund seiner hohen mechanischen Festigkeit, seiner Beständigkeit gegen extreme Temperaturen, Chemikalien und UV-Strahlung bei gleichzeitig geringem Gewicht besonders wichtig. In der Automobilindustrie wird es zur Herstellung von Kraftstoffleitungen, Kraftstofftanks oder Kabel- und Gehäuseisolierungen verwendet.
Polylactid (PLA)
Polylactid, also Milchsäure, wird aus Rohstoffen wie Maismehl oder Zuckerpaste gewonnen. Es zeichnet sich durch hohe Zugfestigkeit, Steifigkeit und einfache Formbarkeit zu einem erschwinglichen Preis aus und ist kompostierbar und biologisch abbaubar. Es hat vergleichbare Eigenschaften wie Polystyrol oder Polyvinylchlorid, ist jedoch schlechter als PP, seine Eigenschaften können jedoch auf andere Weise verbessert werden. In der Automobilindustrie wird es zur Herstellung von Fußmatten, Verkleidungen und Verkleidungen verwendet.
Biokunststoffe und Nachhaltigkeit
Die Verwendung von Biokunststoffen hat viele Vorteile für die Umwelt. In erster Linie ist ihre Herstellung weniger energieintensiv und mit weniger Treibhausgasemissionen verbunden als die Herstellung herkömmlicher Kunststoffe. Es wird davon ausgegangen, dass bei der Zersetzung eines Biokunststoffs so viel Kohlendioxid freigesetzt wird, wie die Pflanze, aus der er hergestellt wurde, während ihrer Wachstumsphase absorbiert hat. Biokunststoffe sind häufig biologisch abbaubar, was bedeutet, dass sie am Ende ihrer Lebensdauer sicher entsorgt werden können. Die Tatsache, dass sie aus erneuerbaren Quellen hergestellt werden, ist ebenfalls von großer Bedeutung, da dies die Abhängigkeit der Wirtschaft von fossilen Brennstoffen, einer Ressource mit begrenzter Verfügbarkeit, verringert. Es ist jedoch zu bedenken, dass Biokunststoffe keine Einheitslösung für alle Probleme sind, die mit herkömmlichen erdölbasierten Kunststoffen verbunden sind. Nicht alle sind biologisch abbaubar, ihre Herstellung oder Veredelung erfordert mitunter komplexe chemische Prozesse.
Anwendungen von Biokunststoffen in der Automobilindustrie
In der Automobilindustrie werden Biokunststoffe heute in vielen Bereichen des Automobilbaus eingesetzt – von Innenraumkomponenten über Elektronik bis hin zu Motorkomponenten und Karosserieteilen. Die Hersteller sind ständig auf der Suche nach neuen, innovativen Lösungen für Kunststoffe auf der Basis nachwachsender Rohstoffe, um deren Eigenschaften zu verbessern, sowohl in physikalischer und chemischer Hinsicht als auch im Hinblick auf die Umwelt. Hochwertige Biopolymere finden sich schon heute vor allem im Autoinnenraum, etwa in Polsterstoffen, Türverkleidungen, Armaturenbrettelementen, Kofferraumverkleidungen und Dachhimmeln. Einige Automobilunternehmen verwenden bereits jetzt erhebliche Mengen an Kunststoffen auf Basis biobasierter Polyester, biobasierter PET- und PLA-Mischungen, um Automobilkomponenten herzustellen, die mithilfe der Kunststoffspritzgusstechnologie hergestellt werden. Die sind hauptsächlich Innenraum, Oberflächenfertigungs- und Elektronikelemente. Knauf Industries produziert bereits Teile aus nachhaltigen Schaumstoffen.
rEPP und NEOPS – eine nachhaltige Alternative zu Biokunststoffen
Zu den umweltfreundlichen Alternativen zu herkömmlichen Kunststoffen, die einen erheblichen Einfluss auf die Nachhaltigkeit der Automobilindustrie haben, gehören rEPP (recyceltes expandiertes Polypropylen) und NEOPS (neues umweltfreundliches Polystyrol), die wir anbieten. Dabei handelt es sich um spezielle Varianten von EPP (expandiertes Polypropylen) bzw. EPS, die im Automobilbau weit verbreitet sind, vor allem für Komfort- und Sicherheitskomponenten in modernen Fahrzeugen, wie z. B. Sitz- und Stoßfängerkomponenten.
NEOPS® ist ein neuer Schaumstoff, der in Zusammenarbeit zwischen dem ID Lab von Knauf Industries und seinen Rohstofflieferanten und nach dem Konzept der Biomassebilanz hergestellt wird. Die technischen Eigenschaften von NEOPS® sind identisch oder sogar besser als die von herkömmlichem Polystyrol, aber das Material hinterlässt einen kleineren ökologischen Fußabdruck. In diesem Fall wurden die für die Herstellung von traditionellem Polystyrol notwendigen Rohstoffe durch erneuerbare Materialien ersetzt. NEOPS® stammt aus Non-Food-Ressourcen (Grünabfälle) nach der Mass Balance-Methode. Dieses Material hat das REDcert-Zertifikat erhalten und setzt einen neuen Standard in Bezug auf die Verwendung von nachhaltiger Biomasse in der chemischen Industrie. Der Ausstoß von Treibhausgasen (CO2) kann um mindestens 30 %* reduziert werden. Es sind verschiedene Materialqualitäten erhältlich, z. B. solche mit erhöhter Hitzebeständigkeit, Feuerbeständigkeit oder Stoßdämpfung. NEOPS® wird bei der Herstellung von Transportverpackungen, hauptsächlich Einwegverpackungen, verwendet. In Containern aus NEOPS® können Autoteile sicher zwischen verschiedenen Tier-Lieferanten transportiert werden. Das Material ist extrem leicht und lässt sich einfach an die Form des Teils anpassen.
Ebenso erwähnenswert ist rEPP (hergestellt aus EPP-Abfall), das teilweise recycelt wird und alle Eigenschaften des Grundmaterials beibehält. Aufgrund dessen, dass dieses innovative Material zu 100 % recycelbar ist, kann es ohne Qualitätseinbußen wiederaufbereitet und zur Herstellung neuer, ultraleichter Schaumstoffteile verwendet werden. Es wird in den gleichen Produktionsbereichen wie herkömmliches EPP eingesetzt und ist Bestandteil der Kreislaufwirtschaft. Dadurch trägt es dazu bei, den Rohstoffbedarf bei der Herstellung von Schaumkunststoffen zu reduzieren. REPP wird bei der Herstellung von Mehrwegverpackungen für logistische Prozesse in der Automobilindustrie eingesetzt. Drehschalen aus diesem Material garantieren den sicheren Transport von empfindlichen Teilen. Recyceltes EPP behält seine stoßdämpfende Eigenschaft sowie sein sogenanntes Formgedächtnis und ist daher ideal für die Herstellung von Mehrweglösungen mit langer Lebensdauer.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Biokunststoffe sowie alternative Biomasse-Lösungene die nächste Revolution in der Automobilindustrie eingeleitet bereits haben, indem sie nachhaltigere Produktionsverfahren einführen, die Abhängigkeit der Industrie von nicht erneuerbaren Rohstoffen verringern und den Kreislauf von Materialien „abschließen“. Der Automobilsektor ist definitiv auf dem Weg in eine grüne Zukunft, und Biokunststoffe können bei diesem Wandel eine Schlüsselrolle spielen. Es sind jedoch noch weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten erforderlich, um das Potenzial von Biopolymeren voll auszuschöpfen und sicherzustellen, dass sie während ihres gesamten Lebenszyklus völlig sicher, wirtschaftlich effizient herzustellen und umweltfreundlich sein werden.