Biowerkstoffe Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.

 

Rohstoffe / Biopolymere

Rohstoffe/Biopolymere

Biokunststoffe lassen sich aus einer Vielzahl pflanzlicher Rohstoffe herstellen. Die wichtigsten Rohstofflieferanten sind Holz (Cellulose und Lignin), Getreidepflanzen und Kartoffeln (Stärke), Zuckerrohr und –rübe (Zucker) sowie Ölpflanzen (Pflanzenöle).

Biopolymere auf dem Holzweg

Der nachwachsende Rohstoff, der weltweit am häufigsten vorkommt, ist Cellulose, die aus Holz gewonnen wird. Vor rund 150 Jahren wurden aus Cellulose die ersten modernen Biokunststoffe entwickelt.

Cellulose-basierte Kunststoffe

  • Zelluloid (Cellulosenitrat, entwickelt 1856), daraus wurden früher Filme und heute immer noch Tischtennisbälle hergestellt.
  • CellophanTM (regenerierte Cellulose), hat sich von einer einfachen Bonbon-Folie zu einer modernen, multifunktionellen Verpackungsfolie gewandelt.
  • Viskose und Lyocell, als Fasern Ausgangsmaterial für moderne Kleidung.
  • Celluloseacetat: als Faser für funktionelle Kleidung, wird aber auch zur Herstellung von Mobiltelefondisplays, Schraubendrehergriffen und Kunststoffbrillen eingesetzt

Lignin-basierte Kunststoffe

Lignin ist bisher vor allem ein Abfallprodukt bei der Gewinnung von Cellulose aus Holz. Auf Grund seiner chemischen Struktur ist es aber sehr gut zur Herstellung von Biokunststoffen geeignet. Noch gibt es nur wenige Lignin-Biokunststoffe auf dem Markt, wie z.B. das sogenannte „flüssige Holz“. Aber an der Entwicklung weiterer Produkte wird mit Hochdruck gearbeitet.

Aus Holzspäne wird  Cellulose gewonnen
Aus Holzspäne wird Cellulose gewonnen (Quelle: FNR)

Starke Biokunststoffe

Stärke ist der mengenmäßig wichtigste nachwachsende Rohstoff für die Herstellung von Biokunststoffen. Gewonnen wird Stärke vor allem aus Mais, Weizen und Kartoffeln.

Zur Herstellung von Biokunststoffen kann man die Syntheseleistung der Natur beibehalten und Stärke direkt in Biokunststoffe umwandeln. Oder man zerlegt Stärke zunächst in ihre Grundbausteine (Zucker-Moleküle), aus denen dann Biopolymere hergestellt werden. Alternativ kann auch direkt Zucker aus Zuckerrüben oder Zuckerrohr eingesetzt werden. Über diesen Weg lassen sich sehr viele verschiedenartige Biopolymere herstellen.

Stärke- bzw. Zucker-basierte Kunststoffe:

Thermoplastische Stärke (TPS): Ausgangsmaterial für Tragetaschen, Catering-Geschirr, Pflanztöpfe, Windelfolien, Verpackungschips

Polymilchsäure bzw. Polylactid (PLA) eignet sich für die Herstellung von vielen verschiedenen Produkten: Verpackungsfolien, Mulchfolien, Joghurtbecher, Catering-Geschirr, Büroartikel, Medizinprodukte, 3-D-Druck

Polyhydroxyalkanoate, wie PHB (Polyhydroxybutyrat): Haushaltsartikel

Polyester, wie PET (Polyethylenterephthalat), PTT (Polytrimethylenterephthalat), PEF (Polyethylenfuranoat): sehr breites Einsatzfeld von Fasern für Textilien, über Getränkeflaschen bis zu Harzen für Lacke und Verbundwerkstoffe.

Stärke aus Mais
Stärke aus Mais (Quelle: FNR)

High-Tech aus Pflanzenölen

Aus Pflanzenölen lassen sich Fettsäuren gewinnen, die über mehrere chemischen Zwischenstufen in hochwertige Biokunststoffe umgewandelt werden.

Pflanzenölbasierte Kunststoffe:

Biopolyamide (Bio-PA): sehr breites Einsatzfeld von Textilien über Teppichböden und Seile bis zu Kraftstoffleitungen.

Biopolyurethane (Bio-PU) werden als thermoplastische Elastomere in Schuhsohlen und Zahnbürsten eingesetzt.

Rapskörner - Grundstoff für Rapsöl
Rapskörner - Grundstoff für Rapsöl (Quelle: FNR)

Weitere natürliche Rohstoffe

Zahlreiche weitere natürliche Rohstoffe kommen für die Herstellung von Biokunststoffen in Frage, haben zurzeit allerdings nur eine untergeordnete wirtschaftliche Bedeutung:

  • Kasein, ein Protein aus Milch,
  • Gelatine, ein Protein aus tierischen Knochen oder Haut,
  • Chitin, Polysaccharid aus Pilzen und Krabbenschalen.