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Projekt Biokunststoffe –
Wie nachhaltig sind Biokunststoffe wirklich?
Gl iederung 1 . E in führung – B iokunsts tof fe 2 . Kunsts tof f aus S tärke 3 . Gala l i th (Case in) 4 . Po lymi lchsäure 5 . Po lyhydroxybuttersäure 6 . Lös l i chke i t von B iokunsts tof fen 7 . Abbaubarke i t von B iokunsts tof fen 8 . Faz i t – Wie nachhal t ig s ind B iokunsts tof fe wi rk l ich 9 . L i te raturverze ichn is
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1. EINFÜHRUNG – BIOKUNSTSTOFFE
Kunststoffe sind heutzutage nicht mehr aus unserem Leben wegzudenken. Seit der
massenhaften Verfügbarkeit von Erdöl im frühen 20. Jahrhundert werden die meisten
Kunststoffe aus diesem fossilen Rohstoff hergestellt. Jährlich werden ca. 235 Mio. Tonnen
Kunststoff produziert, die etwa für Verpackungen, Baumaterialien, zur Automobil- oder
Haushaltswarenherstellung benutzt werden.
Die Entsorgung von Kunststoffabfall auf Mülldeponien ist dabei jedoch ein sehr
ernstzunehmendes Problem. Kunststoffe verrotten sehr langsam und aus Zusatzstoffen
können Schadstoffe in die Umwelt gelangen. Es geraten immer mehr Kunststoffabfälle in die
Meere. Die Menge wird auf über 100 Mio. Tonnen geschätzt. Allein im nördlichen Pazifik
zirkuliert ein großer Strudel von etwa 1 000 km Durchmesser, entsprechend der Fläche
Mitteleuropas. Fische, Schildkröten und Meeresvögel halten umher schwimmende
Kunststoffpartikel für Nahrung und verenden elendig daran, da sie den Kunststoff nicht
verdauen können. Zudem verfangen sich viele Tiere in Plastikprodukten.
Seit etwa 1990 forscht man daher intensiv an Biokunststoffen. Die Vorsilbe „bio“ hat zwei
Bedeutungen. Einmal kann sie für biobasiert stehen, also aus nachwachsenden Rohstoffen
hergestellt, etwa auf Stärkebasis aus Mais oder Kartoffeln. „Bio“ kann aber auch die Fähigkeit
bezeichnen, dass der Kunststoff biologisch abgebaut werden kann. Es ist jedoch nicht jeder
Kunststoff aus nachwachsenden Rohstoffen biologisch abbaubar. Genauso sind nicht alle
biologisch abbaubaren Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt.
Nun stellt sich aber die Frage, wie nachhaltig Biokunststoffe wirklich sind. Mit dieser Frage hat
sich unsere Gruppe beschäftigt, indem sie selbst Biokunststoffe hergestellt hat und sie auf
ihre Eigenschaften wie Löslichkeit und Abbaubarkeit überprüft hat.
2. KUNSTSTOFF AUS STÄRKE
Materialien
Heizplatte mit integrierten Magnetrührer
Rührfisch
Laborwaage
Becherglas 400 ml
Becherglas 250 ml
Messzylinder
Folie
Glasstab
Spatel
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Trockenschrank
Pipette
Chemikalien
10 g Stärke (Kartoffel- und Maisstärke)
84 ml entionisiertes Wasser
4 ml Glycerin (100%ig)
Lebensmittelfarbe
Durchführung
1. 10 g Stärke werden in ein 250 ml Becherglas gegeben, mit 4 ml Glycerin und 84 ml
entionisiertem Wasser versetzt und unter Rühren im kochenden Wasserbad erhitzt.
2. Zur Färbung der Folie werden noch 1-2 ml Lebensmittelfarbstofflösung zugeben.
3. Die Mischung wird ca. 5 Minuten unter ständigen Rühren erhitzt bis eine gelartige,
homogene Masse entsteht.
4. Die entstandene Masse wird auf eine Folie gegossen und mit einem Glasstab
gleichmäßig verteilt.
5. Zum Trocknen wird die Folie für 1 Stunde bei 80°C im Trockenschrank getrocknet und
anschließend über Nacht bei Raumtemperatur restgetrocknet.
6. Anschließend kann die entstandene Stärkefolie von der Folie gelöst werden.
Beobachtung
Durch das Erhitzen im Wasserbad entsteht zunächst eine
trübe Suspension, die nach einigen Minuten in ein trübes Gel übergeht. Nach
dem Auftragen auf eine Trägerfläche und 1-tägiger Trocknung entsteht eine flexible,
gummiartige Folie.
Erklärung
Natürliche Stärke besteht zu 20% aus Amylose und zu 80% aus Amylopektin. Beide
Makromoleküle besitzen die allgemeine Summenformel (C6H10O5)n und sind aus α-D-
Glucoseeinheiten gebildet.
Bei der Amylose sind zwischen 250 und 500 α-Glucose-Einheiten α-1,4-glycosidisch
miteinander verknüpft, die eine unverzweigte Kette bilden. Die makromolekulare Kette
wickelt sich zu einer Schraube auf, in dessen Hohlraum Moleküle eingeschlossen werden
können.
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Amylose
Amylopektin besteht aus bis zu einer Million α-Glucoseeinheiten, die wie bei der Amylose α-
1,4-glycosidisch verknüpft sind. Zusätzlich ist etwa jede 25. Glucoseeinheit α-1,6-glycosidisch
verknüpft, was zu Verzweigungen der Kette führt.
Amylopektin
Unter der Einwirkung von Wasser und Wärmeenergie erfolgt eine weitestgehende Zerstörung
der beschriebenen Strukturen. Durch das Aufbrechen der Wasserstoffbrückenbindungen und
die Einlagerung von Wasser zwischen den einzelnen Makromolekülen tritt einer Quellung der
Stärkekörner auf, die schließlich zur Auflösung der kristallinen Struktur führt. Die Stärkekörner
gehen in eine formlose, aufgedunsene Masse über, den sogenannten Stärkekleister. Der
Quellvorgang ist irreversibel, sodass auch beim Erkalten der Flüssigkeit der Stärkekleister
erhalten bleibt. Bei Abkühlung und Trocknung erfolgt die Knüpfung
neuer Wasserstoffbrückenbindungen.
Die Quellungseigenschaften der Stärke macht man sich auch bei der Herstellung von
Stärkefolien zunutze. So bildet der Stärkekleister beim Erkalten einen spröden Kunststoff.
Damit dieser nicht zu spröde wird, wird dem Stärkekleister Glycerin als Weichmacher
hinzugegeben. Dabei lagern sich die Glycerin-Moleküle zwischen den Stärkemolekülen an und
bilden mit diesen Wasserstoffbrückenbindungen aus. Des Weiteren bindet Glycerin Wasser,
wodurch ein Austrocknen und damit das Sprödewerden der Folie ausbleiben.
3. GALALITH (CASEIN)
Materialien
Heizplatte mit integrierten Magnetrührer
Rührfisch
1 l Becherglas
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250 ml Becherglas
Sieb
Messzylinder
Folie
Trockenschrank
Chemikalien
500 ml frische Vollmilch (3,5% Fettgehalt)
50 ml Tafelessig
entionisiertes Wasser
Durchführung
1. 500 ml Milch in ein 1 l Becherglas geben und unter Rühren erhitzen.
2. Wenn das Gemisch zu sieden anfängt, den Essig hinzugeben und 1 Minute rühren
lassen.
3. Die entstandene Masse über einem feinmaschigem Sieb absieben und mit Wasser
durchspülen.
4. Die Masse zu einer homogenen Masse kneten und dünn auf einer Folie ausbreiten.
5. Zum Trocknen wird die Folie für 1 Stunde bei 80°C im Trockenschrank getrocknet und
anschließend über Nacht bei Raumtemperatur restgetrocknet.
Beobachtung
Bei Zugabe der Essigsäure färbt sich die zuvor weiße Lösung leicht gelblich und ein weißer
Feststoff fällt aus. Zunächst sind nur Flocken zu erkennen, die nach bereits wenigen Sekunden
verklumpen. Beim Absieben wird eine weiße, grobkörnige Masse aufgefangen, die durch
durchspülen und kneten zu einer homogenen Masse geformt werden kann. Das aufgefangene
Filtrat ist eine fast klare Flüssigkeit, die an Wasser erinnert.
Erklärung
Milch ist eine weiße, trübe Emulsion von Proteinen, Milchzucker und Milchfett in Wasser. Die
häufigsten Proteine, die etwa 80 % der Gesamtproteinmenge ausmachen, sind die Caseine.
Durch die Säure im Essig denaturiert das Eiweiß der Milch und fällt aus, was deutlich als
Flocken zu sehen ist. Die Wärme sorgt dafür, dass die Eiweißmoleküle immer stärker
verklumpen. Diese feste Masse wird als Casein bezeichnet. Die gelblich- klare Flüssigkeit (das
Filtrat), die zurückbleibt, wird Molke genannt.
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Wird das Casein von der Molke getrennt und getrocknet, bekommt man eine bröcklige
Masse. Das Casein bildet einerseits die Grundlage für Quark, Käse und andere Milchprodukte
und andererseits wurde daraus auch der erste Kunststoff hergestellt, der Galalith oder auch
Kunsthorn genannt wird und bereits im 16.Jahrhundert entdeckt wurde.
4. POLYMILCHSÄURE
Materialien
Reagenzglas
Laborwaage
Bunsenbrenner
Spatel
Metallschale
Eisbad (Trockeneis)
Zange
Reagenzglasklammer
Pipette
Streichhölzer
Chemikalien
3 ml L(+)-Milchsäure (88-90%ig)
0,225 g Zinn(II)-chlorid
Durchführung
1. Alle Versuchsschritte werden unter dem Abzug ausgeführt.
2. 3 ml L(+)- Milchsäure werden in einem Reagenzglas mit 0,225 g Zinn(II)-chlorid
versetzt
3. Das Ganze wird unter Schütteln ca. 15 Minuten in der leicht rauschenden
Brennerflamme erhitzt.
4. Wenn sich die Masse dunkelbraun verfärbt, wird das noch flüssige Produkt in eine im
Eisbad gekühlte Metallschale überführt.
Beobachtung
L(+)-Milchsäure ist eine klare Flüssigkeit, Zinn(II)-chlorid ein feines, weißes Pulver. Durch das
Erhitzen der Edukte in der leicht rauschenden Brennerflamme löst sich das Zinnchlorid
zunächst. Im Laufe der 15-minütigen Reaktionszeit tritt unter starker Rauchentwicklung eine
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deutliche braune Verfärbung des Reaktionsgemisches auf. Nach dem Überführen in eine im
Eisbad gekühlte Metallschale wird das zuvor flüssige Produkt zähflüssiger und erstarrt
schließlich, wobei sich eine gelblichbraune, leicht klebrige Masse ausbildet.
Erklärung
Ausgangsstoff zur Synthese von Polymilchsäure ist die L(+)-Milchsäure. Sie trägt jeweils eine
OH-Gruppe und eine COOH-Gruppe.
Reagieren zwei Milchsäuremoleküle miteinander, so wird die Hydroxylgruppe eines
Milchsäuremoleküls unter Wasserabspaltung mit der Carboxylgruppe eines zweiten
Milchsäuremoleküls zu einem Lactid verbunden.
Beim Erhitzen findet eine Ringöffnungspolymerisation statt, d.h. dass die Lactid-Ringe
geöffnet werden und so miteinander reagieren können. Die Reaktion wird durch verschiedene
Metallsalze katalysiert, in unserem Fall durch Zinn(II)-chlorid, ein typischer Lewis-Säure-
Katalysator.
Reaktion von Lactid zu Polymilchsäure
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5. POLYHYDROXYBUTTERSÄURE
GEWINNUNG VON POLYHYDROXYBUTTERSÄURE DURCH DIE BAKTERIEN RALSTONIA
EUTROPHA STAMM H16
a) Ansetzen eines Nährmediums
Materialien
Laborwaage
Pipette
Messzylinder
1 l Gefäß
500 ml Gefäße
Chemikalien
30 g Natrium-D-gluconat
1,5 g Kaliumdihydrogenphosphat (KH2PO4)
4,47 g Dinatriumhydrogenphosphat (Na2HPO4 · 2H2O)
1 g Ammoniumchlorid (NH4Cl)
0,2 g Magnesiumsulfat (MgSO4 · 7H2O)
0,02 g Calciumchlorid (CaCl2 · 2H2O)
1,2 mg Ammoniumeisen-(III) -citrat (C6H8O7·nFe·nH3N)
1 ml Spurenelementlösung SL6
entionisiertes Wasser
Durchführung
1. Alle Komponenten für das Nährmedium in das 1-Liter-Gefäß geben und mit Wasser
auf 1 Liter auffüllen.
2. Das Nährmedium gleichmäßig auf zwei 500 ml verteilen.
3. Um ein steriles Medium zu erhalten, wird dieses autoklaviert.
b) Züchten der Bakterien
Materialien
Ralstonia eutropha Stamm H16 (p+)
genverändertes Ralstonia eutropha Stamm H16 (p-)
Autoklav
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250 ml Kolben
Pipette
Laborschüttler
Chemikalien
Nährmedium
Durchführung
1. Es werden jeweils 200 ml des Mediums in zwei Kolben gegeben.
2. Ein Kolben wird mit p+, also mit Ralstonia eutropha Stamm H16, und der andere mit p-
, der nicht mehr in der Lage ist, PHB zu produzieren, angeimpft.
3. Die Kolben werden für vier Tage auf dem Laborschüttler bei einer Temperatur von
36°C und einer Geschwindigkeit von 130 RPM gestellt.
c) PHB-Isolierung
Materialien
50 ml Zentrifugenröhrchen
Zentrifuge
Pipette
Spatel
p+ und p- Bakterienstamm
Durchführung
1. Nach den vier Tagen wird die Absorptionsrate der beiden
Bakterienstämme im Vergleich zum Nährmedium gemessen.
2. Beide Stämme werden jeweils gleichmäßig in vier 50-ml-Zentrifugalröhrchen
aufgeteilt.
3. Die Stämme werden jeweils für 10 Minuten auf 5000 G bei 21°C zentrifugiert.
4. Die überstehende Flüssigkeit wird vom Überstand isoliert.
Beobachtung
Das anfängliche Nährmedium ist eine klare Flüssigkeit. Nach dem Animpfen mit anschließend
viertägigem Schütteln trübt sich die Flüssigkeit stark ein, was ein Zeichen dafür ist, dass
Bakterien gewachsen sind. Dies wird durch die Absorptionsrate bestätigt. Neben den
Bakterienstämmen haben sich jedoch auch Pilze gebildet, die wir soweit wie möglich
verworfen haben.
Zentrifuge
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Absorptionsrate des Bakterienstammes im Verhältnis 4:1 zum Nährmedium
P+ 1,68
p- 1,29
Nach dem Zentrifugieren erhält man einen klaren Überstand und einen weißlichen
Bodenkörper. Dabei lassen sich keine wirklichen Unterschiede zwischen den beiden Stämmen
unterscheiden. Aus zeitlichen Gründen war es uns leider nicht möglich, die Bodenkörper auf
das Vorhandensein von Polyhydroxybuttersäure zu untersuchen, weshalb es sich nicht sagen
lässt, ob das Experiment wirklich gelungen ist.
Hintergrund zum Experiment
Ralstonia eutropha Stamm H16 kommt in Böden vor und verwertet dort vorhandene
Nährstoffe. Das Besondere an den Bakterien ist, dass sie Polyhydroxybuttersäure
produzieren, die in den Zellen als Nährstoff- und Energiereserve gespeichert wird, wenn im
Habitat sehr viel für die Energiegewinnung verwertbare Kohlenstoffverbindungen vorhanden
sind, es aber an Nährstoffen wie Stickstoff oder Phosphor mangelt.
Polyhydroxybuttersäure (PHB) ist ein wasserfester, biologisch abbaubarer Biokunststoff,
das thermoplastisch verarbeitet werden. Verglichen mit dem petrochemisch erzeugten
Kunststoff Polypropylen (PP), was zum Beispiel für Brotdosen oder Schnellhefter verwendet
wird, weist es ähnliche Eigenschaften auf, jedoch ist es härter und spröder.
Polyhydroxybuttersäure
6. LÖSLICHKEIT VON BIOKUNSTSTOFFEN
Materialien
Glasbehälter mit Deckel
Pipette
Messzylinder
selbst hergestellte Stärkefolie
selbst hergestelltes Galalith
selbst hergestellte Polymilchsäure
gekaufte Polymilchsäure
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Chemikalien
Wasser
Aceton (C3H6O)
Dimethylsulfoxid (C2H6OS)
Durchführung
1. Die Kunststoffe werden jeweils so zerkleinert, dass sie in das Gefäß hineinpassen.
2. Die Gefäße werden beschriftet und jeweils mit Wasser, Aceton und Dimethylsulfoxid
gefüllt.
3. Die Folienstücke werden nun in das entsprechende Gefäß gegeben, welches
verschlossen wird.
4. Die Ansätze werden sofort sowie nach einer Woche beobachtet und protokolliert.
Beobachtung
Stärke
Wasser: Direkt nach Zugabe lässt sich erkennen, dass sich die Lebensmittelfarbe löst.
Nach einer Woche ist das Wasser leicht getrübt und die Stärkefolie sehr weich und
instabil, jedoch hat sie sich nicht gelöst.
Aceton: Direkt nach Zugabe lassen sich keine Veränderungen feststellen. Nach einer
Woche ist festzustellen, dass der Kunststoff hart und porös geworden ist, sich jedoch
nicht gelöst hat.
Dimethylsulfoxid: Direkt nach Zugabe lassen sich keine Veränderungen feststellen.
Nach einer Woche ist eine gelartige, homogene Masse entstanden, der Kunststoff hat
sich also komplett in dem Lösungsmittel gelöst.
Galalith
Wasser: Direkt nach Zugabe lassen sich keine Veränderungen feststellen. Nach einer
Woche ist das Wasser getrübt und das Galalith zerfällt fast vollständig beim Umrühren
der Mischung, jedoch löst sich das Galalith nicht.
Selbst hergestellte Polymilchsäure
Wasser: Direkt nach Zugabe lassen sich keine Veränderungen bei der Polymilchsäure
feststellen. Nach einer Woche ist die Polymilchsäure jedoch aufgequollen und hat sich
weiß verfärbt. Das Wasser bleibt dabei unverfärbt und klar.
Aceton: Die Polymilchsäure löst sich direkt nach Zugabe innerhalb einer Minute
komplett auf. Die Lösung trübt sich dabei bräunlich. Nach einer Woche stehenlassen,
ist die Lösung klar.
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Dimethylsulfoxid: Die Polymilchsäure löst sich direkt nach Zugabe innerhalb einer
Minute komplett auf, wobei eine klare, bräunliche Lösung entsteht.
Gekaufte Polymilchsäure
Wasser: Direkt nach Zugabe lassen sich keine Veränderungen feststellen. Auch nach
einer Woche bleibt die Polymilchsäure unverändert.
Aceton: Direkt nach Zugabe lassen sich keine Veränderungen feststellen. Nach einer
Woche ist die Polymilchsäure etwas elastischer und verformbarer, jedoch hat es sich
nicht gelöst.
Dimethylsulfoxid: Direkt nach Zugabe lassen sich keine Veränderungen feststellen.
Auch nach einer Woche bleibt die Polymilchsäure unverändert.
Erklärung
Wasser zeichnet sich durch seine Fähigkeit zur Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen
aus, weil Wechselwirkungen zwischen dem elektronegativen Sauerstoffatom mit seinen freien
Elektronenpaaren und den Protonen vorliegen. Damit ein Stoff in Wasser gelöst werden kann,
müssen Wasserstoffbrücken aufbrechen und die elektrostatischen Kräfte im zu lösenden Stoff
überwunden werden. Wasser ist daher sowohl für Salze als auch für viele andere polare Stoffe
ein gutes Lösungsmittel.
Wasser
Aceton gehört zu der Gruppe der aprotischen Lösemittel, das heißt, dass es keine Protonen
freisetzen kann. Gleichzeitig besitzt es eine polare Doppelbindung zwischen dem
Kohlenstoffatom und dem Sauerstoff-Atom. Es kann sowohl unpolare und einige nicht zu
polare Stoffe lösen. Das Acetonmolekül besitzt ebenso wie das Wassermolekül eine negative
Polarisierung am Sauerstoffatom. Die Polarisierung ist jedoch beim Aceton wesentlich
geringer, da die Methylgruppen einen „elektronenschiebenden“ Einfluss (+I-Effekt) ausüben.
Aceton
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Dimethylsulfoxid ist ebenso wie Aceton ein aprotisch-polares Lösungsmittel, das viele
organische und anorganische Chemikalien effektiv löst.
Dimethylsulfoxid
Die Löslichkeit der Biokunststoffe beruht folglich hauptsächlich auf ihrer Polarität. Nach der
Regel „Gleiches löst sich in Gleichem“ lösen sich dabei polare Verbindungen in polaren
Lösungsmitteln wie Wasser und unpolare Verbindungen in unpolaren Verbindungen. Aber
auch die auch die Struktur der Verbindungen spielt eine wichtige Rolle.
Unser Kunststoff aus Stärke löst sich zum Beispiel nicht in Wasser aufgrund starker
Wechselwirkungen innerhalb des Moleküls. Aufgrund der Struktur des Kunststoffs kommt es
zwar zur Wassereinlagerung, jedoch löst sich die Stärke nicht auf. Die Beobachtung von Stärke
in Aceton erklären wir uns so, dass das Aceton scheinbar das Glycerin, das in die Stärke
eingelagert wurde, herausgelöst, die Stärke selbst aber nicht gelöst hat. So kommt es, dass
die Stärkefolie gehärtet ist, da der Weichmacher entfernt wurde.
Die Unterschiede der Löslichkeit der selbst hergestellten und gekauften Polymilchsäure
vermuten wir in der Herstellung und Zusammensetzung. Da die gekaufte Polymilchsäure als
Tintenpatrone für 3D-Drucker benutzt wird, wurden dort vermutlich zahlreiche Zusätze
hinzugegen, um die Patrone gegen polare und unpolare resistenter zu machen. Dabei war
dennoch zu beobachten, dass das Aceton die gekaufte Polymilchsäure leicht angegriffen hat.
Unsere selbst hergestellte Polymilchsäure wurde dagegen sofort nach Zugabe in Aceton und
Dimethylsulfoxid gelöst, was wohl an der porösen Struktur, aber auch an der Polarität liegt.
Polymilchsäure enthalt sowohl polare als auch unpolare Gruppen, weshalb die aprotisch-
polares Lösungsmittel Aceton und Dimethylsulfoxid besonders gut zum Lösen von
Polymilchsäure geeignet sind.
7. ABBAUBARKEIT VON BIOKUNSTSTOFFEN
Materialien
Glasbehälter
Komposterde
Wasser
Becherglas
selbst hergestellte Stärkefolie
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selbst hergestelltes Galalith
selbst hergestellte Polymilchsäure
gekaufte Polymilchsäure
Durchführung
1. Die Kunststoffe werden jeweils so zerkleinert, dass sie in das Gefäß hineinpassen.
2. Die Gefäße werden beschriftet und ca. bis zu Hälfte mit Komposterde befüllt.
3. Die Folienstücke werden nun in das entsprechende Gefäß gegeben und mit Erde
bedeckt.
4. Der Kompost wird solange mit Leitungswasser beträufelt, bis seine Oberfläche zu
glänzen beginnt.
5. Die Ansätze werden einmal wöchentlich für einen Monat beobachtet und protokolliert
und das verdunstete Wasser ergänzt.
Beobachtung
Erklärung
Lebende oder abgestorbene Zellen von Pflanzen und Tieren bestehen aus einem organischen
und einem mineralischen Anteil und Wasser. Der organische Anteil wird von den aeroben
Mikroorganismen als Energielieferant genutzt. Wie gut und wie schnell ein Kompost von den
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Mikroorganismen verwertet werden kann, hängt davon ab, wie leicht diese Nährstoffe für die
Mikroorganismen zugänglich sind.
Bei der Kompostierung liegt ein festes Ausgangsmaterial (in dem Fall der Biokunststoff) vor.
Mikroorganismen können nicht direkt den festen Kunststoff zur Nährstoffversorgung
verwerten. Es muss zuerst in kleinere, niedermolekulare Stoffe umgewandelt werden, bevor
es in die Zelle zur Nährstoffversorgung gelangen kann. Daher entscheidet bei der
Kompostierung die Möglichkeit, ob die Mikroorganismen den Kunststoff aufspalten können
und damit die Nährstoffversorgung der Mikroorganismen. Sie ist der Faktor, der für die
Abbaugeschwindigkeit und somit die Kompostiergeschwindigkeit verantwortlich ist.
Im Falle der gekauften Polymilchsäure kann festgestellt werden, dass im Laufe einer
einmonatigen Kompostierung unter Standardbedingungen keine
sichtbaren Zersetzungserscheinungen auftreten. PLA weist aufgrund der Molekülstruktur
eine biologische Abbaubarkeit auf, wobei hierfür bestimmte Umweltbedingungen nötig sind,
die in der Regel nur in industriellen Kompostieranlagen zu finden sind. Es sind erhöhte
Temperaturen notwendig, um PLA effektiv abbauen zu können.
8. FAZIT – WIE NACHHALTIG SIND BIOKUNSTSTOFFE WIRKLICH?
Durch das immer größer werdende Kunststoffproblem entwickeln immer mehr Unternehmen
Biokunststoffe und steigen auf diese um. Doch wie nachhaltig sind diese wirklich im Vergleich
zu herkömmlichen Kunststoffen?
Unser Fazit setzt sich einerseits aus unseren eigenen Laborergebnissen zusammen, jedoch
ziehen wir auch andere Literatur zu Rate, da sich unsere hergestellten Biokunststoffe nicht
mit industriell hergestellten Biokunststoffen vergleichen lassen und eher weniger für
Großproduktionen geeignet wären.
Biokunststoffe sind sehr umstritten. Allein der Name Biokunststoffe führt schon oft zu
Missverständnissen, da die Vorsilbe „bio“ zum einen bedeuten kann, dass der Kunststoff aus
nachwachsenden Rohstoffen hergestellt wurde oder aber der Kunststoff die Fähigkeit besitzt,
biologisch abgebaut zu werden. Dabei muss nicht jeder Kunststoff aus nachwachsenden
Rohstoffen biologisch abbaubar sein oder jeder biologisch abbaubare Kunststoff auch aus
nachwachsenden Rohstoffen bestehen.
Dies zeigt auch die von uns hergestellte Polymilchsäure. Diese ist zwar biologisch abbaubar,
dennoch wurde sie aus synthetischen Materialien hergestellt. Galalith wurde dagegen aus
Hausmitteln hergestellt, hat sich jedoch nur langsam zersetzt und die gekaufte Polymilchsäure
hat sich überhaupt nicht zersetzt.
Allgemein bedeutet biologische Abbaubarkeit nach deutschen Vorschriften nicht, dass der
Kunststoff zu 100% kompostierbar sein muss. Es besagt lediglich, dass sich der Kunststoff
innerhalb von zwölf Wochen zu 90 Prozent auf einer Kompostieranlage zersetzen muss. Viele
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Biokunststoffe sind daher gar nicht für den eigenen Komposthaufen geeignet, da dort
bestimmte Bedingungen nicht erfüllt werden.
Für den Kompost im eigenen Garten sind diese Biokunststoffe gar nicht geeignet,
da dort nicht die notwendigen Temperaturen erreicht werden. In der Regel entstehen aus
biologisch abbaubaren Kunststoffen auch keine wertvollen Bodenbestandteile, sondern es
findet lediglich ein Abbau zu Kohlendioxid und Wasser statt. Hinzukommt, dass die
Bioplastiktüten, die man im Supermarkt kaufen kann, meist nur knapp einem Drittel aus dem
beschriebenen biologisch abbaubaren Plastik bestehen. Die restlichen zwei Drittel werden aus
herkömmlichen Kunststoff auf Erdölbasis gefertigt. Dies führt dazu, dass die Müllabfuhr
oftmals im Biomüll enthaltene Biokunststoffe rausfiltert und in der Verbrennungsanlage
verbrennt, da den meisten Abfallentsorgern die Kompostierung zu lange dauern würde.
Zudem ist auch der ökologische Vorteil umstritten. Der CO2-Ausstoß fällt zwar geringer aus,
ebenso der Verbrauch von Erdöl. In anderen Umweltbereichen kommt es aber zu größeren
Belastungen, vor allem durch Düngemittel. Verwendet werden diese für die Pflanzen, aus
denen die Kunststoffe gewonnen werden. Sie führen zur Eutrophierung von Gewässern und
sauren Böden, und zwar in einem in stärkerem Umfang als bei der Herstellung herkömmlicher
Kunststoffe. Zudem sehen es einige als kritisch an, Biokunststoffe in Zeiten der Hungernot aus
Lebensmittel herzustellen.
Auch können Biokunststoffe aufgrund ihrer Struktur viele herkömmliche Kunststoffe nicht
ersetzten. Unsere selbst hergestellte Stärkefolie zeigt zwar viele Gemeinsamkeiten mit
herkömmlichen Folien, jedoch ist sie weniger resistent gegen bestimmte Lösungen,
weswegen sie nicht überall einsetzbar ist. Um die Struktur von Biokunststoffen zu verbessern,
werden deshalb auch oftmals Zusätze zugegeben, was das Ganze schon weniger bio macht.
Trotz der vielen Nachteile, würden wir dennoch sagen, dass sich Biokunststoffe in eine gute
Richtung bewegen, denn in Zukunft wird es voraussichtlich Biokunststoffe geben, die
umweltfreundlicher sind als herkömmliche Kunststoffe. Mittlerweile wird in der Forschung
daran gearbeitet, Kunststoffe aus Abfallprodukten zu fertigen, etwa aus Pflanzenresten oder
aus Nebenprodukten der Fleischproduktion. Hier wird Müll zu recyclingfähigen Kunststoffen
verarbeitet. Biokunststoffe sind also bisher noch keine Langzeitlösung für die wachsenden
ökologischen Probleme, bieten allerdings einen Ansatz für Verbesserungen. Um die
Plastikproblematik einzudämmen ist es jedoch vor allem wichtig, den Plastikverbrauch zu
reduzieren.
Die Biokunststoffe, die wir im Labor hergestellt haben, sind so wie sie sind jedoch nicht für die
Industrie geeignet, sondern maximal für den privaten Gebrauch.
9. LITERATURVERZEICHNIS
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https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.240/nutzpflanzen2012/poster_bioplastik.pdf
http://www.chids.de/dachs/expvortr/796BiologischAbbaubareKunststoffe_Trabert.pdf
https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/publikation/long/3834.pdf
https://reset.org/knowledge/biokunststoffe-eine-gruene-alternative-zu-konventionellem-plastik
http://www.uni-muenster.de/imperia/md/content/didaktik_der_chemie/seminarfriese/milch.pdf
https://bonsum.de/magazin/biokunststoffe-eine-oekologische-alternative http://www.chids.de/dachs/praktikumsprotokolle/PP0064Gewinnung_von_Casein_au
s_Milch.pdf http://www.chids.de/dachs/wiss_hausarbeiten/Kohlenhydrate_Gerner/versuche/prot
okolle/staerkefolie.pdf http://www.ipn.uni-kiel.de/de/forschung/projekte/irresistible/Plastikmuell-im-Meer-
Experimente.pdf http://werkstoffzeitschrift.de/biokunststoffe-aus-polymilchsaeure/ http://www.swr.de/swr2/wissen/kunststoff-milch/-
/id=661224/did=15560170/nid=661224/k3ixfs/ https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Ralstonia_eutropha http://www.chemieunterricht.de/dc2/nachwroh/nrv_03.htm http://www.chemieunterricht.de/dc2/plaste/poly-ms.htm http://www.sueddeutsche.de/wissen/biologisch-abbaubarer-kunststoff-eine-saubere-
alternative-1.1097154