Verpackungsmaterialien: Wie nachhaltig sind sie im Vergleich?

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Verpackungen sind in unserem Alltag kaum wegzudenken, da sie wichtige Aufgaben erfüllen: Sie garantieren die Qualität und Haltbarkeit von Lebensmitteln und sorgen für einen sicheren Transportschutz der Produkte.
Eine Verpackung ist außerdem ein wichtiger Informations- und Werbeträger. Doch in Anbetracht der immer weiter zunehmenden Umweltkatastrophe, verursacht durch Verpackungsmüll, ist die Suche nach ökologisch vertretbaren Alternativen groß. Welche Materialien gibt es und welchen Einfluss haben sie jeweils auf die Umwelt?

Konventionelle Kunststoffe

Europa ist nach China der größte Kunststoffproduzent und Deutschland hat davon mit Abstand den höchsten Bedarf in Europa. Die größte Nachfrage besteht für Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE), die durch ihre Eigenschaften besonders häufig für Lebensmittelverpackungen eingesetzt werden. Polypropylen, Polyethylen, PET oder Schaumpolystyrol sind die meist genutzten Kunststoffe im Verpackungsbereich.

Plastikverpackungen nutzen insgesamt nur circa zwei Prozent des gewonnenen Erdöls. Obwohl sie kohlenstoffbasierend sind, lösen sich Kunststoffe extrem langsam über hunderte von Jahren auf, besonders in sauerstoffarmen Deponien. Die meisten Kunststoffe, die jemals produziert wurden, existieren noch in irgendeiner Form auf der Welt und verunreinigen Boden und Gewässer. Welche Effekte Mikroplastik auf den menschlichen Organismus hat, ist noch nicht in Gänze erforscht, jedoch wird vermutet, dass Kunststoffe möglicherweise unter anderem negative Einflüsse auf den Hormonstoffwechsel haben können.

Ein Verzicht auf Kunststoffe ist für die Industrie derzeit noch sehr schwer, denn sie sind leicht, thermisch gut formbar und sehr resistent. Ihr Effekt auf die Umwelt ist stark abhängig von ihrer Recyclebarkeit und den nationalen Abfall-Systemen. Insgesamt betrachtet sind die Auswirkungen von Mikroplastik in der Umwelt jedoch bedrohlich für Menschen, Tiere und Ökosysteme. 

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Abbaubare Kunststoffe

Als abbaubar werden konventionelle Kunststoffe bezeichnet, die in der Regel mit Stärke oder anderen Biokunststoffen vermischt oder mit chemischen Zusätzen kombiniert wurden, um die Zersetzung zu beschleunigen. Diese Kunststoffe zerfallen in kleine Teile, die zu klein sind, um sie zu erkennen, werden aber nicht in Biomasse oder Biogas umgewandelt.

Biologisch abbaubare Kunststoffe

Biologisch abbaubare Kunststoffe sind pflanzenbasierte Biokunststoffe, die durch Mikroorganismen in Biomasse und Biogas umgewandelt werden können. Nicht alle Biokunststoffe sind in einer Zeit abbaubar, als dass sie zur Kompostierung geeignet sind. Andere pflanzliche, in der Regel aus Zuckerrohr-Ethanol hergestellte Kunststoffe, könnten sogar als nicht biologisch abbaubar bezeichnet werden, da sie im Grunde genauso chemisch sind wie fossile Kunststoffe. Rein argumentativ sind sie zwar biologisch abbaubar, aber der Prozess kann hunderte von Jahren dauern.

Biologisch abbaubares Plastik kann dennoch Vorteile bringen. Die Verschmutzung der Meere mit konventionellem Plastik ist dramatisch, denn es bricht in kleine Teile, lässt Toxine frei und kann von Meerestieren aufgenommen werden. Die meisten Biokunststoffe lösen sich im Wasser dagegen in einigen Monaten auf. Umweltorganisationen warnen trotzdem vor zu großer Promotion von Biokunststoffen. Sie sei irreführend, denn Verbraucher nehmen häufig an, Kunststoffe würden in wenigen Tagen abgebaut werden.

Biobasierte Kunststoffe werden in der Regel aus stärke- und cellulosereichen Pflanzen wie Mais hergestellt, manchmal auch aus Ölsaaten oder Holz. Biologisch abbaubare können aus thermoplastischer Stärke, Cellulose, abbaubaren Polyestern und Polylactid (PLA) hergestellt werden. PLA ist ein Polymer aus Milchsäure, welches aus Stärke und Cellulose gewonnen wird. PLA gehört zu den bekanntesten Biokunststoffen, die sich auf dem Markt zunehmend durchsetzen. In seiner Beschaffenheit ist PLA kaum von konventionellem Plastik zu unterscheiden, hat allerdings den Nachteil, dass es nicht sehr hitzebeständig ist und sich deshalb nicht für heiße Speisen eignet.

Die Problematik mit Biokunststoffen

Es gibt drei Kategorien von Bedingungen unter denen Biokunststoffe sich zersetzen können. Der Zerfall kann durch Wasser, Sauerstoff oder Licht begünstigt werden. Zu viele Biokunststoffe landen zur Zeit jedoch noch auf der Deponie, wo sie nicht den optimalen Bedingungen für den Zerfall ausgesetzt sind. Dort können sie dann, im Gegensatz zu konventionellem Plastik, klimaschädliches Methangas freigeben.

Biokunststoff wird gegenüber der konventionellen Produktion auf Basis fossiler Rohstoffe als Kohlenstoffdioxid einsparender angepriesen. Zieht man aber die Emissionen für die Produktion, Düngung, Ernte und Bewässerung in Betracht, können die CO₂-Einsparungen minimal ausfallen. Land, das zum Anbau von Nahrungsmitteln eingesetzt wurde, muss zudem weichen, um Rohstoffe für die Produktion von Biogas- und Kunststoffen anzubauen. Ein extremer Wasserverbrauch für die Bewässerung der Felder sowie die Nutzung von intensiven Düngemitteln trägt ebenfalls zur Zerstörung der Umwelt bei. Biokunststoffe sind außerdem häufig nur in Industrie-Kompostanlagen unter Zusatz von Hitze und Wasser kompostierbar. Doch auch diese sind noch nicht auf die neuen Biokunststoffe eingestellt. Problematisch sind Biokunststoffe auch in Zusammenhang mit Recycling. Da sie konventionellen Kunststoffen zu stark ähneln, werden sie verwechselt und verunreinigen die recycelbaren Materialien, was die Qualität der Wertstoffe extrem mindert. Nach derzeitigem Entwicklungsstand führen Biokunststoffe noch zu mehr Problemen, als sie lösen und sind daher nicht als nachhaltig einzustufen.

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Biokunststoffe aus Algenextrakten

Materialforscher:innen weltweit experimentieren an biologischen Kunststoffalternativen aus Algenextrakten. Aus dem aus der Rotalge gewonnenen Agar beispielsweise, bekannt als vegetarischer Ersatz für Gelatine, kann eine Art natürlicher »Kunststoff« hergestellt werden. Das Material ist leicht, kann als eine feste, folienartige Form komprimiert werden oder durch einfrieren eine polsterartige Struktur erhalten. Solche neuen umweltfreundlichen Biomaterialien sollen unter anderem herkömmliche Kunststoffbeschichtungen auf fossiler Basis ersetzen, die in fettbeständigen Verpackungen verwendet werden. Fettbeständiges Papier z.B. für Verpackungen im Take-Away-Bereich wird normalerweise mit Kunststoff und anderen umweltschädlichen Chemikalien wie Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) beschichtet. Die neuen Prototypbeschichtungen aus Algen erfüllen die funktionalen Anforderungen herkömmlicher fettbeständiger Verpackungsmaterialien gut und stellen gleichzeitig eine ökologische Kreislauflösung dar, denn sie sind zu 100 Prozent biologisch abbaubar. Außerdem schädigen diese rein biobasierten Materialien keinem Meereslebewesen, sollte es ins Wasser gelangen. Die meisten Projekte und Prototypen sind noch nicht marktreif oder können noch nicht in den erforderlichen Mengen produziert werden, geben aber große Hoffnung für die Zukunft. 

Papier, Pappe & Karton

Papier ist ein nachhaltiges Material, wenn es aus der richtigen Quelle stammt. In ihren unterschiedlichen Stärken stellen Papier, Pappe und Karton ein vielseitiges und preiswertes Material dar. Außerdem ist es biologisch abbaubar und kompostierbar, allerdings sollte der Papieranteil gemischt mit einer Pflanzenkompostierung nicht mehr als zehn Prozent betragen. Durch manche Druckfarben oder Beschichtungen ist Papier ohnehin oftmals ungeeignet für die Kompostierung. Papier ist jedoch gut recyclebar. Die Formfähigkeit von Papier neigt dazu wenig ausgeschöpft zu werden, da komplexe Faltungen zeitaufwendiger sind und maschinell schwer herzustellen. Dafür ist das Material hervorragend bedruckbar.

Das Holz für die Herstellung stammt meist aus bewirtschafteten Pinienwäldern. Weltweit werden die Zellstoffe zu 90 Prozent aus Holz produziert. Es kann aber auch aus anderen Fasern hergestellt werden, wie zum Beispiel Zuckerrohr-Fasern, Palm-Fasern, Bambus, Hanf, Lein, Weizen- und Reisstroh oder Schilf. Bei Holz lässt sich zwischen Holzschliff und Zellstoff unterscheiden. Holzschliff ist ein rein mechanischer Prozess der Aufspaltung des Materials durch einen Schleifvorgang. Eine chemische Aufbereitung zu Zellstoff ist effizienter, obwohl die Ausbeute des Materials bei Holzschliff höher ist. Sie liegt bei 90 Prozent durch die Erhaltung des Lignins im Holz, das bei chemischer Aufbereitung entfernt wird. Bei der chemischen Aufbereitung ist die Ausbeute nur 50 Prozent. Verpackungen aus Pappe oder Karton werden häufig als nachhaltiger angesehen, allerdings sind wenig nachhaltige Praktiken bei der Herstellung von Papierprodukten nicht selten. Die Papierproduktion hat einen großen Verbrauch an Energie und sie kann umweltverschmutzend sein. Die Herstellung braucht sehr viel frisches Wasser, das zum Bleichen mit Chlor gemischt wird. Andere Stoffe kommen für die Beschichtung häufig hinzu. Die Forstwirtschaft, um den Rohstoff Holz zu erzeugen, kann außerdem eine Bedrohung der biologischen Vielfalt darstellen. Pappe und Papier können bis zu acht Mal recycelt werden bis die Fasern zu kurz werden, um eine feste Struktur zu bilden. Die Wiederverwendung des recycelten Materials sorgt in der Produktion für 28 - 70 Prozent weniger Energieverbrauch als bei der Herstellung mit frischen Materialien.

Nach der Säuberung von Tinte und Kleber ist der Herstellungsprozess identisch mit dem von neuem Material. Ein wenig frisches Material muss meist hinzugegeben werden, um eine ausreichend feste Struktur zu erhalten. Papierzellstoff mit einem hohen recycelten Anteil ist nicht immer für Lebensmittelverpackungen geeignet, da Zellstoff aus gemischten Quellen von anderen Materialien und Stoffen kontaminiert sein kann. Pappe kann in recyceltem Zustand zudem ein höheres Gewicht aufweisen.

Graspapier

Seit einigen Jahren ist eine besonders nachhaltige Variante zu herkömmlichem Papier aus Holz auf dem Markt. Ein Papierhersteller aus Hennef bei Hannover hatte sich zum Ziel gesetzt eine umweltfreundlichere Alternative für herkömmliche Zellstoffe zu entwickeln. Entstanden ist »Graspap«, ein Granulat, das zu 100 Prozent aus Gras bzw. Heu besteht. Gras ist überall in großen Mengen verfügbar und gehört zu den schnell nachwachsenden Rohstoffen. Die Herstellung der Gras-Pellets erfordert den Einsatz wesentlich geringerer Energieressourcen als herkömmliche Rohstoffe in der Papierindustrie. Der Vorgang beinhaltet lediglich eine rein mechanische Aufbereitung und das Pressen in Pellets, welche direkt zur Papierherstellung verwendet werden können. Mit »Graspap« wird ein vollständiger Verzicht auf Chemikalien erreicht und es benötigt einen stark reduzierten Einsatz von Wasser während des Produktionsprozesses. Die Ausbeute im Sichtungsprozess von Gras liegt bei nahezu 100 Prozent. Der Rohstoff Gras ist zudem sehr günstig und kann überall regional produziert werden. Nach Angaben des Herstellers kann aus Graspapier hergestellter Karton in seiner Leistung mit herkömmlichen Papieren mithalten.

Gepresster Recycling-Zellstoff

Gepresste Pappe aus Altpapier ist typisch für Eierkartons. Sie enthält einen hohen Anteil von recyceltem Papier und kann gemeinsam mit Papier und Pappe erneut recycelt werden. Durch den hohen Altpapieranteil werden sie als besonders ökologisch wahrgenommen, doch der Formprozess benötigt einen recht großen Energieaufwand und viel Wasser. Auch die Wiederaufbereitung des recycelten Papiers benötigt viel Energie, Wasser und Chemikalien.

Holzschliff

Holzschliff ist ähnlich im Aussehen wie Recycling-Zellstoff und wird häufig für Obst- und Gemüseschälchen eingesetzt. Das Material wird auf rein mechanischem Wege durch Schleifen von Nadelhölzern, meist Fichte, hergestellt. Dabei wird das Holz unter Zusatz von Wasser an Schleifsteine gepresst und sehr fein zerlegt. Holzschliff ist ein sehr günstiger Faserstoff, der neben den Zellulosefasern noch alle nichtfasrigen Bestandteile des Holzes, wie z. B. Lignin und Harz, enthält. Er ist kurzfasrig und daher eher spröde, hart und trotz Bleichung etwas gelblich. Das Verwendungsgebiet dieses Stoffes ist dadurch eher eingeschränkt. Da es sich bei Holzschliff um ein reines Naturprodukt handelt, ist es allerdings auch biologisch restlos abbaubar.

Holz

Holz wurde heutzutage weitestgehend von anderen Materialien abgelöst, wird aber teilweise im Bereich der Obst- und Gemüseverpackungen oder für Käseprodukte und Trockenfrüchte genutzt. Es suggeriert Qualität und stellt als Naturmaterial Nachhaltigkeit dar, was ähnlich wie bei Papier jedoch auf die Quelle ankommt. Holz ist haltbar, stabil und feuchtigkeitsbeständig, gegenüber anderen Materialien aber teuer. In dünner Schicht vom Stamm geschabt, ist es relativ brüchig und wenig flexibel, kann aber zu einem gewissen Maß mit Dampf in Form gepresst werden.

Aufgrund des natürlichen Materials sowie der festen Struktur kann es besser als andere Materialien im Haushalt wiederverwendet werden. Recycelt werden kann es in Form von Spanplatten. Da es im Handel nur wenige Holzverpackungen gibt, werden sie im Haushalt in der Regel nicht gesondert gesammelt sondern werden als Restmüll entsorgt. Holz ist zwar biologisch abbaubar, aber nicht in einem realistischen Zeitrahmen kompostierbar.

Bagasse

Bagasse wird aus Zuckerrohrfasern gewonnen, die als Nebenprodukt zurückbleiben, nachdem der Saft aus den Rohren gepresst wurde. Die Faserreste werden mit Wasser vermischt und in der Regel ohne Zusatz von Chemikalien zu einem Brei verarbeitet, der schließlich in Form gepresst und getrocknet wird. Das daraus entstehende Material ähnelt einem sehr reißfesten Papier. Für die Bagasseproduktion wird derzeit keine zusätzliche Fläche für den Rohstoffanbau in Anspruch genommen, sondern ganz im Gegenteil, es wird ein Abfallprodukt sinnvoll weiterverwertet. Bagasse ist zudem hitzebeständig und somit sowohl für heiße Speisen, als auch für die Mikrowelle geeignet. Das Material zersetzt sich außerdem schneller als Biokunststoffe im Kompost und kann in der Biotonne entsorgt werden. Bagasse ist jedoch recht instabil, sodass einige Produkte zur Stabilisierung mit weiteren Stoffen versetzt werden, was wiederum zulasten der Kompostierung geht. Beim Kauf von Bagasse sollte daher unbedingt auf unbehandelte Produkte zurückgegriffen werden, die dann tatsächlich eine gute, umweltfreundliche Alternative darstellen. 

Bild: Arekapak GmbH

Palmblatt

Die Arekapalme, oder auch Betelnusspalme wird aufgrund ihrer Frucht, der Betelnuss, in weiten Teilen Indiens, Südostasiens und Afrikas seit mehreren Jahrtausenden kultiviert. Das Palmblatt, eigentlich ein Schutzmantel am Ende des Palmwedels, ist ein Agrarnebenprodukt. Der nachwachsende Rohstoff fällt in großen Mengen als Laub beim Anbau der Palmen an. Der Anbau der Arekapalme in Indien erstreckt sich über 400.000 Hektar. Dabei fallen ca. 5.4 Mrd. Palmblätter pro Jahr von den Bäumen herab, die sich in den Plantagen ansammeln. Ein großer Teil des vorhandenen Rohstoffes ist ungenutzt und wird als Landwirtschaftsabfall verbrannt oder verrottet in den Anbaugebieten.

Seit einigen Jahren hat sich in Indien eine wachsende Industrie bestehend aus überwiegend kleinen Produktionseinheiten zur Weiterverwertung des Abfallmaterials etabliert. Das Palmblatt bietet durch seine natürlichen Eigenschaften großes Potential. Es kann ohne chemische Zusatzstoffe mit wenig Wasser und Energieaufwand in Form gepresst werden. Aus dem Material wird hauptsächlich Einweggeschirr wie Teller und Schalen für die Gastronomie oder den privaten Gebrauch hergestellt. Dafür müssen die Palmen weder gerodet, noch neue Plantagen zur Rohstoffgewinnung angebaut werden. Nach dem Sammeln werden die Blätter gewaschen und in der Sonne getrocknet. Unter Hitze und Druck werden sie schließlich in Form gepresst. Nach dem Pressen sind sie sehr stabil und halten ihre Form. Das Produkt ist zu 100 Prozent natürlich, biologisch abbaubar und innerhalb von drei Monaten vollständig kompostierbar. Die Palmblätter haben im getrockneten Zustand eine holzähnliche, hellbeige bis braune Farbe, teilweise mit dunkleren Maserungen. Das Material ist geruchs- und geschmacksneutral und besitzt eine natürliche feuchtigkeitsbeständige Oberseite, die sogar Flüssigkeiten bis zu 24 Stunden halten kann. Produkte aus Palmblatt sind außerdem gefahrlos für die Verwendung im Kühlschrank und begrenzten Einsatz in der Mikrowelle oder dem Backofen geeignet. Hier erfährst du genauer, für welche Produkte sich Palmblatt eignet und worauf du bei der Verwendung des Materials achten solltest. 

Aufgrund anderer Bedürfnisse in Indien ist das Design- und Funktionspotential des Materials noch nicht ausgeschöpft. Das Ziel von Arekapak ist es, neue Designs und Einsatzgebiete zu erschließen und damit mehr nachhaltige, attraktive und funktionale Alternativen zu konventionellen Verpackungen zu bieten. Entdecke unsere Produktauswahl oder erfahre mehr über unsere individuellen Designdienstleistungen.

 

Quellen:

Boylston, Scott. Designing Sustainable Packaging. 
London 2009: Laurence King Publishing Limited
Miller, Laurel; Aldridge, Stephen. Why Shrink-Wrap a Cucumber?
London 2012: Laurence King Publishing Limited
http://www.graspapier.de
https://algaeplanet.com/
http://www.verbraucherzentrale.nrw/kunststoffverpackungen
https://www.plastikalternative.de/
https://www.bund.net/themen/chemie/achtung-plastik/