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Samstag, 15. Mai 2021

Plastik – Fluch und Segen

Teil 1: Was ist Plastik und wie wird es verwendet?

Kreis Holzminden (22.03.2021). Plastik ist in Verruf gekommen. Am 17. September 2020 hat der Deutsche Bundestag ein Verbot bestimmter Ein-wegartikel aus Plastik beschlossen. Einwegartikel, für die es gute Alternativen gibt, dürfen ab dem 3. Juli 2021 nicht mehr verkauft werden. Bestecke, Teller, Trinkhalme, Rühr- und Wattestäbchen aus Plastik aller Art, sowie Einwegbecher und -behälter aus Styropor verschwinden aus den Regalen. Ab Januar 2021 hat die EU zusätzlich für jedes Kilogramm verbrannten Plastik-Verpackungsmüll eine Plastiksteuer in Höhe von 80 Cent eingeführt, die von den Mitgliedsstaaten erhoben wird.

Plastik wird wegen seiner vorteilhaften Eigenschaften in zahllosen Anwendungen genutzt, allerdings wird nur ein geringer Teil wiederverwendet. Riesige Mengen finden wir als Müll in den Weltmeeren oder als potenziell gefährliches Mikroplastik überall in der Umwelt. Es wird zudem überwiegend aus fossilem Erdöl/Erdgas und deren Folgeprodukten hergestellt. Machen die Vorteile die Nachteile wett und welche Alternativen gibt es

Was ist Plastik?

Auf molekularer Ebene besteht Plastik aus langen Ketten von Kohlenwasserstoffmolekülen, denen noch andere Stoffe beigemischt sein können. Den chemischen Prozess des Verkettens zu sogenannten Makromolekülen nennt man auch Polymerisation, die entstehenden Kunststoffe sind Polymere (griechisch „viele Teile“).

Neben den Produkten der Chemie gibt es auch natürlich vorkommende Polymere. Das häufigste Biopolymer ist die Cellulose, die aus einer Kette von etwa 1.000 Zuckermolekülen besteht. Zusammen mit dem Klebstoff Lignin verleiht sie den Pflanzen Festigkeit und gibt Holz seine besonderen Eigenschaften. Ein künstliches Polymer, also ein Kunststoff, ist Polyethylen, aus dem viele Plastik-Anwendungen bestehen. Hier sind es Ethylenmoleküle C2H4, die sich unter bestimmten Bedingungen zu Polyethylen aneinanderreihen. Es werden Kettenlängen von einigen Hundert bis Tausend Molekülen gebildet.

Diese Ketten können auch Seitenäste und kompliziertere Strukturen bilden. Aus den Anordnungen der Ketten sowie den chemischen Wechselwirkungen ergeben sich die jeweiligen Eigenschaften von Plastik. Die Begriffe Plastik und Kunststoff werden im Folgenden synonym verwendet.

Eigenschaften von Plastik

Im Vergleich zu Stahl ist Plastik sehr viel weniger belastbar. Eine Autokarosserie besteht aus dünnem Stahlblech von nur etwa 0,8 mm Dicke und kann trotzdem hohe Kräfte aushalten. Ein Ersatz aus Plastik muss einige Zentimeter dick sein. Dafür lassen sich die Polymere in fast beliebige Formen bringen. Sie sind korrosionsbeständig, leicht und preiswert herzustellen. Sie leiten elek-trischen Strom nicht und sind daher gute Isolatoren.

Kunststoffe lassen sich in drei Kategorien einteilen: Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere. Thermoplaste bestehen aus einzelnen Makromolekülen, die man sich grob wie Fäden vorstellen kann. Bei Temperaturerhöhung werden sie weich und schmelzen schließlich, so dass man sie in Formen spritzen kann. Wenn sie erkalten, werden sie wieder fest. Sie lassen sich sogar miteinander verschweißen. Bei den Duroplasten sind die Makromoleküle miteinander vernetzt. Die Vernetzung wird durch höhere Temperatur oder durch Härter (bei Kunstharzen) ausgelöst. Sie bleiben bei Erwärmung hart und unverformbar. Elastomere schließlich sind teilweise vernetzt, sie sind elastisch, das heißt. nach einer Verformung kehrt das Material wieder in die ursprüngliche Form zurück. Gummi und synthetischer Kautschuk für Dichtungen und Reifen sind wichtige Beispiele.

Verwendung von Plastik

Seit Mitte des vorigen Jahrhunderts erlebt die Produktion von Plastik ein beispielloses Wachstum.

Sehr zur Freude der Petro- und Chemischen Industrie sind die verkauften Mengen geradezu explodiert. Der größte Anteil entfällt hierbei auf den Einsatz als Verpackungen. Das ist ungünstig, da Verpackungen in der Regel kurzzeitig und meistens einmalig benutzt werden, danach landen sie üblicherweise im Müll. An zweiter Stelle folgt das Bauwesen. Hier sind es beispielsweise Kunststofffenster, Dichtungsbahnen, Schaumstoff (Styropor) für die Dämmung, Fußbodenbeläge, Rohrleitungen, Fugenmassen und Klebstoffe. Wenn auch die Karosserie weiterhin aus Blech besteht, so macht doch das Innenleben von Autos so viel aus, dass es beim Automobilbau zum dritten Platz reicht. Insgesamt verbrauchen wir in Deutschland pro Kopf etwa 180 Kilogramm Plastik im Jahr.

Hauptanwendungen und -arten von Plastik

Die Verwendung von Plastik hat zu einer Revolution in der Materialtechnik geführt. Einige Beispiele zu den am häufigsten verwendeten Kunststoffen werden hier betrachtet.

Die Plastiktüte war und ist der klassische Modellfall. Üblicherweise besteht sie aus dem einfachsten Kunststoff Polyethylen. Für eine etwa 20 Gramm schwere Tüte werden 40 Gramm Erdöl benötigt. Die Herstellungskosten liegen in der Größenordnung von zwei Eurocent. Sie ist leicht, wasserdicht, chemikalienbeständig, mehrfach verwendbar, trägt große Lasten, kann gefärbt und bedruckt werden und ist billig. Zur Entsorgung lässt sie sich schadstoffarm verbrennen und damit noch energetisch nutzen. Kein Wunder, dass diese Eigenschaften für einen beispiellosen Siegeszug in den vergangenen Jahrzehnten sorgten! Jeder von uns verbraucht trotz Einsparbemühungen im Schnitt immer noch 24 Tüten im Jahr. Hinzu kommen noch unzählige sehr dünne „Hemdchentüten“, die im Supermarkt zum Verpacken von Lebensmitteln verwendet werden.

Die gute Haltbarkeit der Tüten ist aber auch ihr größter Nachteil. Sie halten etwa 10 bis 20 Jahre und zerfallen unter Sonnenlicht und im Meer zu Mikroplastik. Wenn sie in Flüsse und schließlich ins Meer gelangen, gefährden sie dort Fische und Kleintiere,  bevor sie über die Nahrungskette wieder zu den Menschen gelangen.

Als Alternative bieten sich immer wiederverwendbare Taschen an, oder eine Plastiktüte wird vielfach genutzt. Papiertüten sind auch nicht ideal, denn ihre Herstellung ist umweltschädlich und energieintensiv.

Polypropylen hat ähnliche Eigenschaften wie Polyethylen, ist aber etwas stabiler und wärmebeständiger. Es wird für Verpackungen und Formteile eingesetzt.

Wegen der höheren Belastbarkeit eignet es sich für größere Teile, zum Beispiel im Automobilbau (Armaturenbrett), alle möglichen Gehäuse, Schüsseln, Helme, Rohre, Armaturen, Folien und Verpackungsmaterial aller Art.

Fensterrahmen, Rohrleitungen, Gartenmöbel, Ummantelungen von Kabeln und stabile Folien bestehen aus dem Kunststoff Polyvinylchlorid, besser bekannt als PVC. Es ist extrem haltbar, weder Sonnenlicht noch Meerwasser vermögen es anzugreifen. Es ist ein Thermoplast, das heißt es kann wieder geschmolzen und zu neuen Formteilen gespritzt werden. Allerdings leiden die Molekülketten, sie werden kürzer und können nicht mehr so gut verarbeitet werden. Außerdem ist frisches PVC sehr billig, so dass gebrauchtes PVC verbrannt wird. Bei der Verbrennung entsteht allerdings gefährlicher Chlorwasserstoff (gasförmige Salzsäure), der sogar in einer Verbrennungsanlage nicht ganz unproblematisch ist. Bei einem Hausbrand führt er zu einem toxischen Cocktail mit Lungenverätzungen und Vergiftungen.

Polystyrol ist als kompakter Körper transparent und eignet sich für Behälter aller Art. Es kann gefärbt werden, ist aber wenig wärmebeständig. Sehr beliebt ist Styropor, ein mit Gas aufgeschäumtes Polystyrol. Es hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit und wird daher für Dämmplatten und Trinkbecher eingesetzt. Als Wärmeschutz im Hausbau ist auf die Brennbarkeit zu achten, die durch chemische Zusätze oder konstruktive Maßnahmen wie Kapselung der Platten und Bauhöhenbegrenzung verbessert werden kann. Wenn es brennt, fallen brennende, geschmolzene Tropfen auf tiefer gelegene Platten und setzen diese ebenfalls in Brand. 2017 kam es in London in einem Hochhaus zu einem verheerenden Styropor-Fassadenbrand, bei dem über 70 Menschen ums Leben kamen. In Deutschland sind die Brandschutzvorschriften zwar stringenter, Experten fühlen sich jedoch auch bei uns unwohl bei einem massenhaften Einsatz als  Hausverkleidung.

Sehr gut funktioniert die Wiederverwertung bei Einweg- und Mehrweg-Getränkeflaschen aus dem Zungenbrecher Polyethylenterephthalat, ein glasklares Thermoplast, das sich wieder aufschmelzen lässt. Es kann auch erneut so polymerisiert werden, dass praktisch wieder neuwertiges Material entsteht. Außerdem ist es mit etwa einem Euro je Kilogramm preiswert. Dieser Preis und die  gute Umweltbilanz, die es sehr wohl mit Glasflaschen aufnehmen kann, haben zu einem rasanten Wachstum geführt. Wesentlicher Grund für den Erfolg ist die Erhebung von Pfand, so dass eine  Rücklaufquote von 97 Prozent für Pfandflaschen besteht.

Im folgenden Teil 2 wird die Problematik von Plastik als Abfall in der Umwelt behandelt sowie auf Maßnahmen zur Verbesserung der Situation eingegangen. (Dr. Norbert Kalkert)

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