Zahlreiche Produkte in unserem Alltag basieren auf fossilen Rohstoffen, wie zum Beispiel die aus Erdöl hergestellten Kunst- und Treibstoffe, aber auch Polymere für Textilfasern und Medikamente. Doch die Nutzung von fossilen Rohstoffen wie Erdöl, Kohle und Gas geht mit einem hohen Ausstoß von CO₂ einher und schaden damit dem Klima. Da unsere aktuelle Wirtschaft zum großen Teil auf fossilen Rohstoffen basiert, ist hier ein Umdenken gefragt. In Deutschland hat das an vielen Stellen schon begonnen, mit dem Ziel, ein nachhaltiges Wirtschaftswachstum zu generieren. Die Bioökonomie setzt dabei auf die Prozessinnovationen, die einen Beitrag zu den Nachhaltigkeitszielen leisten. Deren Basis können sowohl Technologien mit biogenen Roh- und Reststoffen als Ausgangssubstrat sein als auch biologische Verfahren, die Stoffwechselleistungen von Lebewesen nutzen, wie beispielsweise Mikroorganismen, Bakterien oder Algen, bzw. Teile davon.

Auch Verpackungen werden vielfach aus fossilen Ressourcen hergestellt. Sie dienen dem Schutz des abgefüllten Guts und führen zum Beispiel im Lebensmittelbereich dazu, dass Lebensmittel länger genießbar sind. Sie werden in der Logistik für den Transport benötigt und müssen im Bereich der medizinischen und pharmazeutischen Produkte noch weiteren Anforderungen genügen. Verpackungen werden aus unterschiedlichen Kunststoffen, Papier, Karton sowie Verbundstoffen, Metallen, Glas und Holz hergestellt. Doch was passiert nach der Nutzung mit einer Verpackung?

Im Rahmen einer Kreislaufwirtschaft ist es das höchste Ziel, bestehende Materialien und Produkte so lange wie möglich wiederzuverwenden, aufzuarbeiten und zu recyceln. Im Getränkebereich sind Mehrwegsysteme von Kunststoff- und Glasflaschen weit verbreitet. Doch auch Einweg-Getränkeverpackungen werden zahlreich genutzt. Die Recyclingquote von PET-Einweg-Pfandflaschen wird mit etwa 90 Prozent angegeben.¹ Die Gesamt-Recyclingquoten von Verpackungen waren im Jahr 2017 jedoch deutlich geringer. Während die Recyclingquoten für Glas (84,4 %), Papier/Karton (87,6 %) und Stahl (92,2 %) recht hoch waren, nahmen diese im Kunststoffbereich (49,7 %) zwar zu, waren jedoch nach wie vor deutlich niedriger. Auch Holzverpackungen (25,8 %) fielen durch eine niedrige Recyclingquote auf.² In den letzten Jahren war insbesondere im Bereich des Umweltschutzes immer wieder die Verpackungsindustrie im Fokus von Politik und Gesellschaft, denn die zunehmend größer werdende Menge von nicht ordnungsgemäß entsorgtem Verpackungsmüll (Littering) verschmutzt nicht nur die regionale Umwelt, sondern belastet die Meere und die Binnengewässer. Gerade bei Kunststoffen überwiegen die Umweltbeeinträchtigungen in der Nutzungs- und Nachnutzungsphase (Littering, Mikroplastik etc.) gegenüber der Herstellung. Allerdings ist der von Deutschland ausgehende Plastikeintrag in die Umwelt marginal, weil die Erfassung von Verpackungsabfällen insgesamt gesehen funktioniert. In Deutschland fielen im Jahr 2017 insgesamt 18,7 Millionen Tonnen Verpackungsabfall an, ein trauriger Höchststand. Dabei stellen Nahrungsmittel, Getränke und Heimtierfutter etwa 62,3 % des Verpackungsverbrauchs privater Endverbraucher dar.² Damit legte Deutschland mit 226,5 kg Verpackungsabfall pro Kopf noch einmal um 3,8 % im Vergleich zum Vorjahr zu. Zur Abfallvermeidung stellt das regionale Mehrweg-System, zum Beispiel im Getränkebereich, eine Lösung dar, es gibt jedoch besonders im Lebensmittelbereich Verpackungen, die nicht mehrfach verwendet werden können. Wenn Abfall-Vermeidung als beste Lösung nicht funktioniert, ist Recycling die nächste beste Lösung. Hier setzt das neue Verpackungsgesetz, das im Januar 2019 in Kraft getreten ist und höhere Vorgaben für Recyclingquoten macht, an.³ Vor dem Recycling liegt jedoch zunächst die Herstellung einer Verpackung. Ein Ansatz dazu liegt in der Bioökonomie, denn mit biobasierten, nachhaltig hergestellten und recyclingfähigen Verpackungsmaterialien aus biobasierten Roh- und Reststoffen aus der Land- und Forstwirtschaft sowie mit Siedlungsabfällen, in einigen Fällen unter Einsatz von biologischen Produktionssystemen, könnte man einen Schritt in ein nachhaltigeres Verpackungswesen gehen.

Es gibt inzwischen Verfahren, erdölbasierten Kunststoff durch biobasierten Kunststoff zu ersetzen. Hier gibt es verschiedene Ansätze. Die Tecnaro GmbH aus dem baden-württembergischen Ilsfeld ist schon seit 1998 Vorreiter im Einsatz von innovativen biobasierten Materialien. Die auf Lignin basierenden Werkstoffe des Unternehmens können bereits zahlreiche Kunststoffe substituieren, wie beispielsweise ABS, PE, PP, PS sowie technische Kunststoffe wie Polyamide (PA6, PA6.6, PA12). Es ist daher nicht überraschend, dass der vielseitige Werkstoff ARBOBLEND® auch in der Kaffeebranche zum Einsatz kommt. Als Kaffeekapsel ersetzt der Biowerkstoff Aluminium beziehungsweise Kunststoff, aus dem die herkömmlichen Kaffeekapseln hergestellt werden. Ferner sind die Bio-Kaffeekapseln auch als „biologisch abbaubar“ zertifiziert.⁴

Biobasierte Kaffeekapseln sind auch das Produkt der Waiblinger rezemo GmbH. Das Start-up verwendet dabei Hobelspäne, die als Reststoffe in Sägewerken der Schwäbischen Alb anfallen. Polymilchsäure (PLA) aus Pflanzenstärke bildet die Matrix für den Holzverbundstoff, der ebenfalls als „bioabbaubar“ zertifiziert ist.⁵

Um Ressourcen zu schonen, ist es natürlich auch interessant, Verpackungen aus Reststoffen und Siedlungsabfällen zu gewinnen. So arbeitet im EU-Projekt VAMOS (Value Added Materials from Organic Waste Sugars) ein Projektkonsortium daran, aus dem Lignocellulose-Anteil der Haushaltsabfälle Zucker zu gewinnen. Aus den im Projekt gewonnenen Zuckern sollen unter anderem verschiedene Biokunststoffe (duroplastischer Kunststoff und Polymilchsäure) hergestellt werden. Die Polymilchsäure kann für Verpackungen im „Non-food“-Bereich eingesetzt werden, wie zum Beispiel für Reinigungs- und Körperpflegeprodukte. Mithilfe der industriellen Biotechnologie würde damit aus den gemischten Abfällen ein Mehrwert geschaffen, der bisher durch herkömmliches Materialrecycling für Haushaltsabfälle nicht möglich ist. Gelingen soll dies mit der patentierten Technologie des britischen Unternehmens Fiberight. In dem Verfahren hydrolysieren Enzyme die aus dem organischen Abfall abgetrennten Materialien mit zum Beispiel hohem Papieranteil und gewinnen daraus verschiedene Zucker. Der organische Abfall wird zu Biogas umgesetzt. Die ifeu Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg gGmbH ist Partner im Projekt und leitet die Nachhaltigkeitsbewertung der gesamten Wertschöpfungskette, die ökologische, ökonomische und soziale Aspekte mit einschließt. „Ziel ist es, den Materialkreislauf zu schließen“, erklärt Dr. Heiko Keller, Projektmanager bei ifeu. „Denn hier gibt es die Möglichkeit, die Fraktionen, die nicht sortenrein durch den Verbraucher getrennt werden können und in der Regel verschmutzt sind, biotechnologisch zu recyceln. Das hat großes Potenzial.“ Zu Beginn des Projekts berät das ifeu, z.B. um eventuelle unerwartete Rückkopplungen unter anderem mit bisherigen Abfallverwertungssystemen frühzeitig zu erkennen. Im späteren Stadium führen die Experten eine quantitative Analyse in Form einer Ökobilanz, also eine Lebenszyklusanalyse (Life Cycle Assessment), durch. In der integrierten Nachhaltigkeitsbewertung werden die ökologischen, ökonomischen und sozialen Aspekte zusammengebracht und daraus Handlungsempfehlungen abgeleitet. An dem EU-Projekt sind Partner aus Deutschland, Großbritannien, Irland, Italien, Österreich und Dänemark beteiligt.⁶

Auch im EU-Projekt MYPACK, in dem Partner aus Frankreich, Deutschland, Italien, Griechenland, den Niederlanden und der Schweiz zusammenarbeiten, geht es um die Entwicklung des biobasierten Kunststoffs PLA, nur ist die Basis eine andere. Die Zucker für PLA sollen aus landwirtschaftlichen Reststoffen sowie aus Reststoffen der Lebensmittelindustrie gewonnen werden. Als weiteres Polymer untersucht das Konsortium, an dem unter anderem die Universität Hohenheim und weitere Unternehmen aus der Bundesrepublik beteiligt sind, Polyethylenfuranoat (PEF). PEF kann ebenfalls aus Lebensmittelabfällen beziehungsweise Reststoffen der Lebensmittelindustrie gewonnen werden und soll insbesondere PET als Lebensmittelverpackung ersetzen. Doch die Arbeitspakete des Projekts beinhalten nicht nur die Entwicklung innovativer Verpackungslösungen, es werden auch die Erwartungen und Bedarfe der Industrie und der Verbraucher erfasst.^{7, 8}

Mit der Ausschreibung des Förderprogramms zu Bioabfall- und -abwasserraffinerien „Bio Ab-Cycle“ wird das Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft im kommenden Jahr Bioraffinerien fördern, die aus Abfällen und Abwässern Rohstoffe gewinnen und anschließend im Kreislauf führen werden. Zwei vom Umweltministerium geförderte Machbarkeitsstudien und von den Landesagenturen BIOPRO, Umwelttechnik Baden-Württemberg und dem Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart konnten bereits die grundsätzliche Funktionalität der Ansätze aufzeigen.

In einem weiteren Projekt „Bioraffinerie für die Bioökonomie in Baden-Württemberg (B4B)“, an dem das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die Universität Hohenheim sowie die BIOPRO Baden-Württemberg GmbH beteiligt sind, wird Miscanthus in eine Kohlenhydrat- und eine Ligninfraktion gespalten. Die dabei entstehenden Hexosen werden in weiteren Prozessschritten zu Hydroxymethylfurfural (HMF) verarbeitet, die Pentosen zur Furfural, und aus dem Lignin werden bifunktionelle, phenolische Verbindungen gewonnen. Auch in diesem Projekt sind die ökologische Bewertung (Life Cycle Assessment, LCA) und die Kostenbetrachtung ein wichtiger Teilaspekt.⁹ Anhand der Beispiele wird deutlich, dass Bioraffinerien, die Plattformchemikalien aus verschiedenen biobasierten Ressourcen oder durch biologische Verfahren gewinnen, auch eine Lösung für die Verpackungsindustrie bieten können.

Papier, das in der Regel aus Holzfasern oder Recyclingmaterial gewonnen wird, ist schon seit Langem Bestandteil verschiedener Verpackungssysteme mit hoher Recyclingquote. Dass Papier auch aus pflanzlichen Biogassubstraten gewonnen werden kann, ist neu und wird im Projekt des Energieparks Hahnennest erarbeitet. Dort werden die faserreichen Stängel der Durchwachsenen Silphie mit einer innovativen Dampfaufschlussanlage vor der Vergärung in der Biogasanlage aufgeschlossen. Während die verbleibenden Reststoffströme zur Gewinnung von Biogas verwendet werden, werden die Pflanzenfasern für die Herstellung von Papierverpackungen aufbereitet. Das Projekt wird durch die Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie Hohenheim wissenschaftlich begleitet. Das Ministerium für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz fördert dies mit 60.000 Euro. Aufgeschlossen werden die Pflanzenfasern in der im Jahr 2020 in Betrieb genommenen Dampfaufschlussanlage der OutNature GmbH. Damit ist es möglich, die in der Durchwachsenen Silphie enthaltenen Naturfasern vor der Vergärung zu extrahieren. Die Silphie Paper GmbH verarbeitet das Material weiter zu nachhaltigem Papier.¹⁰ Dass dies Potenzial hat, zeigt die von der OutNature GmbH konzipierte Verpackung für Obst- und Gemüse-Schalen aus Silphie-Fasern. Das Produkt wurde in der Kategorie „Neue Materalien“ mit dem Deutschen Verpackungspreis 2020 ausgezeichnet.¹¹

Unabhängig von der Ressource ist es jedoch wichtig, dass bereits verwendete Verpackungsmaterialien wieder recycelt werden können. Bei Papier und Kartonagen ist das Recycling bereits weitestgehend etabliert. Bei den sogenannten Drop-in-Kunststoffen, die die gleichen chemischen Strukturen aufweisen wie die fossilbasierten Kunststoffe, also beispielweise Bio-PET, stellt Recycling kein Problem dar. Diese Kunststoffe können über die etablierten Recyclingwege wiederaufbereitet werden. Ist die chemische Struktur nicht dieselbe wie bei herkömmlichen Kunststoffen, dann ist die Sortierung der Verpackungskunststoffe ein Problem. Damit sich spezielle Recycling-Anlagen für zum Beispiel PLA wirtschaftlich lohnen, ist es erforderlich, dass das Verpackungsmaterial in ausreichender Menge im Einsatz ist.¹² Damit wird deutlich: biobasiert ist nicht per se ein Vorteil. Denn auch biobasierte Verpackungen müssen sich in die Kreislaufwirtschaft einfügen und ihren ökologischen Vorteil mittels entsprechender Ökobilanzen sowie Nachweisen zur chemischen Sicherheit unter Beweis stellen. So zeigte eine Studie beispielsweise, dass biobasierte Kunststoffe in Bezug auf die Toxizität keinesfalls unbedenklicher sind als ihre fossilen Pendants.¹³ Dass die Herstellung von biobasierten Verpackungsprodukten nicht die alleinige Lösung sein kann, zeigt eine Richtlinie der EU, die ab Sommer 2021 Einwegartikel aus Plastik verbietet. Die Herangehensweise zeigt eine der Herausforderungen, bei der sowohl Verbraucher wie Industrie gefordert sind: die Vermeidung von Verpackungsmüll. Ob es durch die verschiedenen neuen Regelungen auch ein Umdenken in der Gesellschaft geben wird, wird sich zeigen.