Verpackungsmaterialien aus nachwachsenden Rohstoffen

Transkript

1 Lebensmitteltechnologisches Seminar aus nachwachsenden Rohstoffen Yasemin Ercan

2 Inhalt Einleitung Einteilung Verwendung Verschiedene Materialien Einschränkungen für die Anwendung Zusammenfassung und Ausblick

3 Einleitung Definition Pflanzen oder deren Inhaltsstoffe Tierische Produkte Erneuerung jährlich, oder in überschaubaren Zeiträumen

4 Einleitung Ursprung Reaktionen auf: Ölkrise (70er Jahre) Suche nach alternativen Energiequellen Litter-Problem (70er Jahre) = Abfall, der in die Landschaft geworfen wird Treibhauseffekt Steigende Abfallmenge Übernutzung fossiler Brennstoffe

5 Einleitung Prinzip des Kreislaufs Nachwachsende Rohstoffe Verpackung Ausbringen auf Felder Kompost Abb. 1: Eigene Darstellung

6 Einteilung Nachwachsende Rohstoffe Pflanzlicher Ursprung Fermentativer Ursprung Tierischer Ursprung Stärke und Stärkederivate Cellulose und Cellulosederivate Polyhydroxyfettsäuren Polymilchsäure Chitin Collagen Lignin Abb. 2: Systematische Einteilung der nachwachsenden Rohstoffe (nach Frauenhofer mod. alchemia-nova)

7 Verwendung Theoretisch Funktion des biologischen Abbaus z. B. Obstbeutel wird zum Bioabfallsack Konventionelles Recycling aufwendig, Wiederverwertung aber gefordert Abb. 4: Doppelnutzen von BAW-Einkaufstüte und BIO-Abfallbeutel z. B. Lebensmittelverpackungen, Fast-Food-Artikel Ökonomisch günstige Lösung

8 Verwendung Praktisch Landwirtschaft Gartenbau Catering Mulchfolien Pflanztöpfe Essgeschirr Verpackung Fast-Food Joghurtbecher, Folien, Raschelsäcke Abb. 5: Auswahl aus dem BAW-Sortiment (Quelle M. Lichtl)

9 Verschiedene Materialien Übersicht Polyhydroxyfettsäuren (PHB, PHV) Polylactide (PLA) Lignin Stärke und Stärkederivate Cellulosederivate

10 Polyhydroxyfettsäuren Eigenschaften Hochmolekulare thermoplastische Polyester Fermentativ gewinnbar Bekannteste Vertreter: Polyhydroxybutyrat (PHB) und Polyhydroxyvalerat (PHV) PHB vergleichbar mit PP PHB mit PHV Kein Auflösen in Wasser 100% biologisch abbaubar PHB: PHV: R = -CH3 R = -CH2-CH2-CH3 Abb. 6: Monomer der PHA; R: Wasserstoff, CH-Ketten bis C13 x: 1-3 oder mehr

11 Polyhydroxyfettsäuren Herstellung PHB/PHV-Granulat 1. Stufe: Bakterium Alcaligenes eutrophus wird in Glucose-Salz-Medium inokuliert 2. Stufe: Akkumulation von PHB Zusatz einer organischen Säure PHV wird in PHB-Polymer eingebaut Maßschneiderung unterschiedlicher Polymere mit verschiedenen Eigenschaften Prozessende: Ernten der Polymere durch Zellaufbruch Pulver und Granulat Abb. 7: Stoffflussschema für die PHB -Herstellung (nach MOITZI 2001, modifiziert durch alchemia-nova)

12 Polyhydroxyfettsäuren Joghurtbecher aus PHB Abb. 8: Joghurtbecher mit Beschichtung (kompostierbar, für heiße Getränke geeignet, Beschichtung aus Zuckerrüben- Polymer)

13 Polylactide Eigenschaften Fermentativ herstellbar aus Zucker oder Polysaccharidabfällen Eigenschaften entsprechen konventionellen Thermoplasten Vorzüge: Hohe Festigkeit, Thermoplastizität, biologische Verträglichkeit

14 Polylactide Herstellung Umwandlung von Zucker Dextrose entsteht Milchsäure entsteht Lactid entsteht Ringsöffnungspolymerisation Polymilchsäure entsteht Abb. 9/10: PLA-Folie für Blumen Abb. 11/12: PLA-Schalen

15 Lignin Eigenschaften Naturpolymer Günstig Beiprodukt in Zellstoffindustrie (50 Mio. t / Jahr) Bindemittel zwischen Cellulosefasern Einsatz als wasserfestes Imprägniermittel Zellstoff mit Ligninsulfonat und pilzlicher Laccase erhöhte Naßfestigkeit, erhöhte Reißfestigkeit

16 Stärke und Stärkederivate Biopac Hauptbestandteil native Stärke Zusatz von Faser- und Lebensmittelzusatzstoffen Ausbildung von Strukturen Zusatz von Wasser Anwendung: Sortiereinlagen, Schnellimbissartikel Beschichtungen Abb. 13: Mit PLA beschichtetes Biopac Supermarkt (Foto Mackwitz)

17 Stärke und Stärkederivate Geschäumte Stärke aus aus nachwachsenden nachwachsenden Rohstoffen Rohstoffen Bestandteile: Stärke, Cellulosefasern, Wasser, Treibmittel Herstellung im Extruder Aussehen wie Styroporchips Loose-Fill Material schüttfähig und stoßdämmend Alternative: Aufpoppen spezieller Maisssorten Maischips Abb. 14: Loose-fill Material schützt vor Erschütterung und ist im Gegensatz zu Styroporflocke problemlos kompostierbar (Foto Mackwitz)

18 Stärke und Stärkederivate Thermoplastische Weizenstärke mit Poly- -Caprolacton Reine TPWS Versprödung Mischung mit Poly- -Caprolacton bessere Eigenschaften PCL-Anteil: <50% geringe Reißdehnung extremetrockenheitsversprödung Alterungsversprödung Wasserdampfdurchlässigkeit >50% alle Eigenschaften positiv Einsatz: Nischenprodukte wie Kompostbeutel Abb. 15: Kompostierbare Bioabfallsäcke zum Auskleiden von Bioeimern und tonnen

19 Cellulosederivate Celluloseacetat/Bioceta Thermoplastischer Kunststoff Baumwolllinters oder reine Holzcellulose mit Essigsäure verestert Hautfreundliche Materialien Einsatz für Hochpreisige Verpackungsgüter Beimengung von Zuschlagsstoffen Verbesserung biologischer Abbaubarkeit Bioceta Nachteil: teuer (5 /kg)

20 Einschränkungen für die Anwendung Eigenschaften der Materialien sind denen vergleichbarer Kunststoffe unterlegen Schwankungen der Eigenschaften Vorzeitiger biologischer Abbau muss vermieden werden Abbauprodukte dürfen keine Gefahr beinhalten Fehlen einer lebensmittelrechtlichen Zulassung Teuer

21 Zusammenfassung und Ausblick Commodity plastics können substituiert werden Klimaschutz einerseits, da CO 2 -neutral Doch: Ganzheitlich betrachtet sind Verpackungen aus nachwachsenden Rohstoffen nicht unbedingt ökologisch Nitratbelastung des Grundwassers Methangas entsteht auf Deponien Öffentliche Förderung nötig Alternative Rohstoffe rücken trotzdem ins öffentliche Interesse

22 Herzlichen Dank für das aufmerksame Zuhören Yasemin Ercan