An neuen Herstellungsverfahren für eine wichtige Basis von Biokunststoffen arbeiten beispielsweise Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP. Sie fertigen aus biotechnologisch hergestellter Milchsäure den Biokunststoff Polymilchsäure (PLA). Die Glucose für die Herstellung von Milchsäure lässt sich aus nachwachsenden Rohstoffen, wie Zuckerrübenschnitzeln, Weizen- oder Roggenmehl, gewinnen.

„Biokunststoffe sollen nicht nur biologisch abbaubar sein, sondern gleichzeitig stabil während des Gebrauchs, einfach zu verarbeiten und möglichst unbegrenzt verfügbar sein“, zählt Dr. Eckhard Bonatz vom IAP in Golm die Ansprüche an das Material auf. „Polylactid aus Glucose, die zu Milchsäure vergärt wurde, vereint all die gewünschten Vorzüge.“

Zuckertest bei einer Zuckerrübe © USDA

Verpackungen und Geschirr auf Milchsäurebasis
Schon heute werden Kunststoffe aus Milchsäure in einigen Nischenanwendungen eingesetzt. Es gibt bereits geschäumte Verpackungen, Hygienematerialien und Medizinprodukte aus diesem Material. Sogar als Catering-Geschirr wird Bio-Kunststoff genutzt. Beim Weltjugendtag in Köln aßen die jungen Besucher aus aller Welt von Geschirr aus bioabbaubaren Kunststoffen.
Nach Gebrauch wanderten die Teller, Tassen, Messer, Gabeln und Löffel samt Essensresten in eine Biogasanlage und wurden vergoren. Das Catering-Geschirr bestand aus Biograde® 300A. Diesen Biokunststoff haben Forscher der FKuR Kunststoff GmbH und des UMSICHT entwickelt. Die Polymerkomponente ist Celluloseacetat, ein Stoff, der aus Cellulose und damit letztlich aus Holz gewonnen wird. Damit „grüne Kunststoffe“ in Massenprodukten eingesetzt werden, müssen die Herstellungskosten noch deutlich sinken. Verfahrensoptimierung leistet einen entscheidenden Beitrag.

Neue Wege in der Kunststoffproduktion gehen auch Forscher des ICT. Gemeinsam mit Dow Deutschland GmbH haben sie ein neues Verfahren zur Gewinnung von Polyalkoholen aus Zuckern entwickelt. Diese Polyole sind ein wichtiger Ausgangsstoff für die Produktion von Polyurethanen und Polyestern. In nahekritischem Wasser wurden die niedermolekularen Kohlenhydrate wie Glukose, Fructose, Xylose und Saccharose in Polyole umgewandelt. Die besten Ergebnisse lieferten Versuchsreihen zwischen 150 und 250 Grad Celsius mit dem Element Ruthenium als Katalysator. Die Polyole setzte Dow anschließend erfolgreich bei der Herstellung von Polyurethanen ein.

Neue Basis für die Produktion
Damit erschließt sich für die Kunststoffproduktion eine völlig neue Rohstoffbasis. Kohlenhydrate werden aus Pflanzen wie der Zuckerrübe isoliert, die in Deutschland großflächig angebaut werden. Das Projekt wurde von der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) gefördert. Entscheidend ist nicht nur die Produktion von Wertstoffen, sondern auch deren Aufarbeitung. Doch dazu müssen die gewünschten Stoffe von der Biomasse getrennt werden.

„Der Erfolg biotechnologischer Verfahren wird wesentlich von den Prozessen der Produktisolierung und -reinigung bestimmt“, betont Hirth. Denn nur wenn das Zwischenprodukt möglichst rein vorliegt, lässt es sich auch für die weitere chemische Synthese nutzen. Die mechanischen, thermischen oder chemischen Methoden müssen optimal auf die vorgelagerte Biokonversion und die nachfolgende Weiterverarbeitung abgestimmt werden. Hier verfügen die Fraunhofer-Institute über ein umfangreiches Know-how.