Polybutylensuccinat (PBS) – Nachhaltiger Kunststoff mit Zukunftspotenzial
Die weltweite Plastikverschmutzung stellt eine der größten ökologischen Herausforderungen unserer Zeit dar. Um diesem Problem zu begegnen, sind innovative Materialien gefragt, die nicht nur leistungsfähig, sondern auch umweltfreundlich sind. Ein solches Material ist Polybutylensuccinat (PBS). Dieser biologisch abbaubare Kunststoff bietet eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen wie Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP).
PBS zeichnet sich durch eine hohe Temperaturbeständigkeit von bis zu > 90°C, gute Schlagzähigkeit und hervorragende Verarbeitungseigenschaften aus. Dank dieser Eigenschaften lässt sich PBS in zahlreiche Anwendungen integrieren, von Lebensmittelverpackungen über einpflanzbare Pflanztöpfe bis hin zu technischen Komponenten. Gleichzeitig überzeugt PBS durch seine biologische Abbaubarkeit: Am Ende seines Lebenszyklus wird das Material von Mikroorganismen in Wasser, Biomasse und Kohlendioxid zersetzt – ganz ohne schädliche Rückstände.
Die biologische Abbaubarkeit von PBS übertrifft sogar die einiger anderer Biokunststoffe wie Polylactid (PLA). Dies stellt einen entscheidenden Vorteil dar, da es die Ansammlung von Plastikmüll reduziert und somit einen positiven Beitrag zum Umweltschutz leistet.
Wie wird PBS hergestellt?
Die Herstellung von PBS ähnelt einem chemischen Kochprozess, bei dem spezifische „Zutaten“ zu einem nützlichen Kunststoff umgewandelt werden. Die beiden Hauptbestandteile sind Bernsteinsäure (Succinic Acid, SA) und 1,4-Butandiol (BDO). Diese dienen als die grundlegenden Bausteine des PBS-Polymers.
Der „Kochprozess“ (Polykondensation)
Der Herstellungsprozess von PBS erfolgt in zwei Hauptschritten, die als Polykondensation bezeichnet werden:
Schritt 1: Mischen und Erhitzen (Veresterung): Zunächst werden Bernsteinsäure und 1,4-Butandiol in einem speziellen Reaktor, der oft mit einem mechanischen Rührer und einem Einlass für Inertgas (wie Stickstoff, um Oxidation zu vermeiden) ausgestattet ist, vermischt. Die Mischung wird dann sanft auf Temperaturen zwischen 160 und 190°C erhitzt. Während dieser ersten „Kochphase“ beginnen die Monomere, sich zu kurzen Ketten zu verbinden, wobei Wasser als Nebenprodukt freigesetzt wird, ähnlich wie Dampf.
Schritt 2: Aufbau langer Ketten (Polykondensation): Anschließend wird die Temperatur weiter erhöht, typischerweise auf 220 bis 240°C. Diese höhere Temperatur fördert die Verbindung der kurzen Ketten zu sehr langen, stabilen Polymerketten, die das PBS-Material bilden. Dieser Vorgang kann bildlich als das Zusammenfügen vieler kleiner LEGO-Steine zu einer sehr langen, flexiblen Kette vorgestellt werden, was auf molekularer Ebene geschieht. Das Erreichen hoher Molekulargewichte ist entscheidend für die mechanischen Eigenschaften des Polymers. Allerdings können bei der konventionellen Polykondensation gleichzeitig unerwünschte Abbauprozesse auftreten, die die Bildung langer Ketten erschweren. Um dies zu verhindern und die Reaktion zu beschleunigen, werden häufig spezielle Hilfsstoffe, sogenannte Katalysatoren, eingesetzt, wobei Titanverbindungen besonders verbreitet sind.
Woher stammen die Inhaltsstoffe?
Die Herkunft der beiden Hauptbestandteile, Bernsteinsäure und 1,4-Butandiol, ist entscheidend für die Umweltbilanz von PBS:
- Fossile Rohstoffe: Traditionell können diese Chemikalien aus Erdöl, Erdgas oder Kohle gewonnen werden, ähnlich wie die Ausgangsstoffe für viele andere herkömmliche Kunststoffe. Dies ist der konventionelle Weg der Rohstoffgewinnung.
- Pflanzliche Biomasse: Eine zunehmend wichtige und umweltfreundlichere Methode ist die Herstellung aus nachwachsenden pflanzlichen Ressourcen. Dies beinhaltet die Nutzung von Zuckern oder Stärke aus Pflanzen wie Mais, Zuckerrohr oder Maniok. Dieser Ansatz macht PBS zu einem „biobasierten“ Kunststoff und trägt erheblich zu seiner Umweltfreundlichkeit bei.
Biobasiertes PBS
Wenn ein Kunststoff als „biobasiert“ bezeichnet wird, bedeutet dies, dass seine Inhaltsstoffe aus lebenden Organismen, insbesondere aus nachwachsenden biologischen Ressourcen wie Pflanzen, stammen und nicht aus fossilen Brennstoffen. In der Praxis liegt der biobasierte Anteil von Bio-PBS oft bei etwa 70 %. Dies liegt hauptsächlich an einer Kombination aus wirtschaftlichen und produktionstechnischen Faktoren:
- Kostenfaktoren: Der Hauptgrund ist oft der Preis. Obwohl die Technologie zur Herstellung von Bio-BDO aus Pflanzen existiert, kann dieser Prozess immer noch fast doppelt so teuer sein wie die Gewinnung von BDO aus fossilen Rohstoffen. Für Unternehmen, die Produkte zu wettbewerbsfähigen Preisen anbieten müssen, stellt dies eine erhebliche Herausforderung dar. Die Wirtschaftlichkeit der biobasierten Produktion ist ein entscheidender Faktor für ihre breite Einführung.
- Effizienz und Skalierbarkeit: Während die biobasierten Produktionsmethoden kontinuierlich verbessert werden, sind die traditionellen Verfahren, die auf fossilen Brennstoffen basieren, oft noch effizienter und besser für die sehr großen Mengen geeignet, die in Großproduktionsanlagen benötigt werden. Erdölbasiertes PBS wird manchmal als „reiner“ angesehen und ist besser für kontinuierliche, großvolumige Produktionsprozesse geeignet.10 Diese Vorteile in Bezug auf Effizienz und Reinheit tragen dazu bei, dass die petrobasierte Variante weltweit weiterhin verbreitet ist.
Die typischen 70% Bio-Anteil bei Bio-PBS ergeben sich daher aus einer Mischung der Ausgangsstoffe. Selbst wenn ein Bestandteil, wie Bernsteinsäure, zu 100% biobasiert ist, kann der andere Bestandteil, 1,4-Butandiol, teilweise oder vollständig aus fossilen Quellen stammen. Diese „Mischung“ wird vorgenommen, um die Umweltziele mit den praktischen Realitäten der Kosten und der effizienten Großproduktion in Einklang zu bringen. Mit steigender Nachfrage und technischen Fortschritten erwarten Experten und Expertinnen jedoch, dass 100 % biobasiertes PBS in Zukunft zu wettbewerbsfähigen Preisen verfügbar sein wird.
Recycling und Kreislaufwirtschaft
Neben seiner biologischen Abbaubarkeit kann PBS auch chemisch recycelt werden. Dabei wird das Material wieder in seine ursprünglichen Bestandteile zerlegt, die zur Herstellung von neuem PBS verwendet werden können. Verbildlicht werden die LEGO-Steine also wieder auseinandergebaut. Doch auch ein mechanisches Recycling ist für PBS sinnvoll, sofern es im eigenen Kreislauf stattfindet. Im Falle der LEGO-Steine würden die einzelnen Steine an Qualität verlieren und ordentliche Gebrauchsspuren vorweisen. Nach jedem Zyklus würden dadurch dann die LEGO-Ketten kürzer werden.
Diese Verfahren unterstützen jedoch das Konzept der Kreislaufwirtschaft, indem sie Abfälle reduzieren und Ressourcen mehrfach nutzbar machen.
Der Weg zu 100%: PBS noch umweltfreundlicher machen
Das ambitionierte Ziel von Wissenschaftlern und Unternehmen ist es, PBS vollständig aus pflanzlichen Rohstoffen herzustellen und somit einen nahezu 100%igen Bio-Anteil zu fairen Preisen zu erreichen. Dies würde PBS zu einer noch nachhaltigeren Lösung für die Zukunft machen.
Um dieses Ziel zu erreichen, sind verschiedene Entwicklungen und Maßnahmen erforderlich:
- Intelligentere Mikroorganismen: In den Forschungslaboren wird kontinuierlich daran gearbeitet, noch leistungsfähigere Bakterien und andere Mikroorganismen zu finden oder gentechnisch zu entwickeln. Diese „Super-Mikroben“ könnten Bernsteinsäure und 1,4-Butandiol effizienter und kostengünstiger aus Pflanzen produzieren. Die Entwicklung solcher hochproduktiven mikrobiellen Stämme würde die Fermentationsprozesse optimieren und die Wettbewerbsfähigkeit der biobasierten Produktion gegenüber petrochemischen Verfahren verbessern.
- Kostensenkung in der Produktion: Eine entscheidende Voraussetzung ist die Reduzierung der Herstellungskosten für diese pflanzenbasierten Inhaltsstoffe. Mit fortschreitender Technologie und einer zunehmenden Anzahl von Produktionsanlagen weltweit, die in größerem Maßstab produzieren, werden die Preise sinken. Dies würde 100% biobasiertes PBS wettbewerbsfähiger und attraktiver für Unternehmen machen.
- Nutzung vielfältigerer Pflanzenarten: Forschende untersuchen auch die Möglichkeit, verschiedene Arten von Pflanzenabfällen, wie Holzspäne, Stroh oder andere landwirtschaftliche Reststoffe (bekannt als lignocellulose Biomasse), als Ausgangsmaterial für die Zuckerfermentation zu nutzen, anstatt sich ausschließlich auf Nahrungspflanzen wie Mais oder Zuckerrohr zu verlassen. Dieser Ansatz würde den gesamten Prozess noch nachhaltiger gestalten und potenzielle Konflikte mit der Nahrungsmittelproduktion vermeiden.
- Staatliche Unterstützung und Regulierung: Regierungen können eine wichtige Rolle spielen, indem sie Vorschriften erlassen oder Anreize schaffen, die den Einsatz von biobasierten Materialien fördern. Solche Maßnahmen können Unternehmen die Entscheidung für umweltfreundlichere Optionen erleichtern, selbst wenn diese anfänglich etwas teurer sind, und so den Markt in Richtung 100% biobasierter Lösungen lenken. Die explizite Erwähnung regulatorischer Eingriffe, wie die Festlegung von Bio-Anteil-Quoten oder die Anpassung von Preisen, deutet darauf hin, dass die Marktkräfte allein möglicherweise nicht ausreichen, um den vollständigen Ersatz von fossilem BDO durch Bio-BDO zu erreichen. Dies unterstreicht, dass politische Rahmenbedingungen und gesellschaftliche Nachfrage neben wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Fortschritten entscheidend sind, um den Übergang zu vollständig nachhaltigen Materialien voranzutreiben.
Warum wir bei Golden Compound auf PBS setzen
Wir bei Golden Compound haben uns bewusst für Bio-PBS als Basis für viele unserer GC green Rezepturen entschieden. Der Grund liegt nicht nur in der Umweltfreundlichkeit des Materials, sondern auch in seinen ausgezeichneten Verarbeitungs- und Performanceeigenschaften. Unsere Kunden und Kundinnen schätzen PBS, weil es ähnliche Eigenschaften wie klassische Kunststoffe bietet, am Ende jedoch biologisch abgebaut werden kann.
Ein zusätzlicher Nachhaltigkeitsfaktor: Sonnenblumenkernschalen
Unsere GC green Produktlinie geht noch einen Schritt weiter. Neben Bio-PBS nutzen wir Sonnenblumenkernschalen, ein Nebenprodukt der Lebensmittelindustrie, das sonst als Abfall entsorgt werden würde. Indem wir dieses natürliche Material in unsere Rezepturen einbinden, schaffen wir nicht nur ein unverwechselbares Design mit natürlicher Haptik, sondern sparen gleichzeitig wertvolle Ressourcen ein.
Diese Kombination – PBS als biobasierte Matrix und Sonnenblumenkernschalen als natürlicher Füllstoff – macht unsere GC green Werkstoffe besonders nachhaltig. Sie sind biologisch abbaubar, stabil und vielseitig einsetzbar, etwa für Pflanztöpfe oder auch Verpackungen.
Die Vorteile unserer GC green Linie auf einen Blick:
- Hervorragende Verarbeitungseigenschaften – ideal für Spritzguss, Extrusion und Thermoforming.
- Flexible Rezepturen, die je nach Kundenwunsch auch mit 100 % biobasiertem PBS verfügbar sind.
- Einsatz natürlicher Rohstoffe, insbesondere Sonnenblumenkernschalen oder mineralischen Füllstoffen, als ressourcenschonender Füllstoff.
- Hohe Temperaturbeständigkeit und robuste mechanische Eigenschaften.
- Biologisch abbaubar und recycelbar im eigenen Kreislauf.
Bio-PBS als Schlüssel zu einer grüneren Zukunft
Polybutylensuccinat ist weit mehr als nur eine Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen. Es ist ein Material, das Nachhaltigkeit und Funktionalität auf ideale Weise verbindet. Mit unseren GC green Werkstoffen gehen wir noch einen Schritt weiter: Durch die Kombination von Bio-PBS mit nachwachsenden Rohstoffen wie Sonnenblumenkernschalen bieten wir innovative, nachhaltige Lösungen für die Anforderungen von heute und morgen.
Indem Sie sich für Produkte aus Bio-PBS entscheiden, leisten Sie einen aktiven Beitrag zum Umweltschutz und fördern den Wandel hin zu einer ressourcenschonenden Kreislaufwirtschaft.
