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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