Ist PLA wirklich biologisch abbaubar?

Das PLA ist das 3D-Druckmaterial am beliebtesten und am häufigsten verwendet für FDM-Drucker. Einer der Hauptgründe ist, dass es sich im Vergleich zu anderen Materialien um einen sehr einfach zu bedruckenden Kunststoff handelt. Dies macht es zum idealen Filament auch für weniger Erfahrene. PLA-Filamente gelten zudem als nachhaltiger, da PLA biologisch abbaubar ist. Aber ist das wirklich so? Wie nachhaltig ist PLA wirklich? Um eine Antwort auf unsere Fragen zu finden, haben wir mit einigen Experten gesprochen und sie nach ihrer Meinung zu diesem Thema gefragt.

Hier sind unsere Experten: Florent Port, Präsident von Francofil, einem französischen Unternehmen, das in der Normandie Filamente für den 3D-Druck in großen Mengen entwickelt und produziert; Nicolas Roux, CEO der Firma Zimple 3D, die Lösungen zur Vereinfachung der Nutzung von 3D-Druckern anbietet (z. B. Luftfiltersysteme); Jan-Peter Willie, Mitbegründer von 3D4Makers, einem niederländischen Filamenthersteller mit langjähriger Erfahrung in der Kunststoffproduktion.

Der Zweck von Interviews mit unseren Experten bestand darin, Lügen und Wahrheit über die PLA zu definieren. Der Ist PLA wirklich nachhaltig ? Um mehr über dieses Material zu erfahren, haben wir uns auf seine biologische Abbaubarkeit, Emissionen, Produktion und andere Themen wie Recyclingfähigkeit konzentriert.

Wie wird PLA hergestellt?

Der PLA, auch Polymilchsäure oder Polylactid genannt, wird aus nachwachsenden und natürlichen Rohstoffen wie Mais gewonnen. Stärke (Glukose) wird aus Pflanzen gewonnen und durch Zugabe von Enzymen in Dextrose umgewandelt. Dieses wird von Mikroorganismen zu Milchsäure vergoren, die wiederum in Polylactid umgewandelt wird. Durch die Polymerisation entstehen lange Molekülsequenzen, deren Eigenschaften denen erdölbasierter Polymere ähneln.

Reines PLA wird aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt und basiert nicht auf fossilen Rohstoffen, wie beispielsweise ABS. Dies ist sehr positiv, wenn man bedenkt, dass Erdöl eine endliche Ressource ist. Dennoch stellt sich eine ethische Frage: Ist es gerechtfertigt, Plastik aus Lebensmitteln herzustellen, wenn die Weltbevölkerung stetig wächst und immer mehr Lebensmittel benötigt werden? Jan-Peter Willie kommentiert: „ Es wird viel über den Gesamtverbrauch an Kohlenstoff, fossilen Brennstoffen und Wasser bei der Herstellung von Biokunststoffen aus natürlichen Materialien diskutiert und darüber, ob diese einen negativen Einfluss auf die menschliche Nahrungsversorgung haben oder nicht.“ Um 1 kg PLA, den am häufigsten kommerziell erhältlichen Kunststoff, herzustellen, werden 2,65 kg Mais benötigt. Da jedes Jahr 270 Millionen Tonnen Kunststoff produziert werden, würde der Ersatz von herkömmlichem Kunststoff durch aus Mais gewonnenes PLA 715,5 Millionen Tonnen davon aus der Lebensmittelversorgungskette entfernen, und das zu einer Zeit, in der die globale Erwärmung die Produktivität tropischer landwirtschaftlicher Betriebe verringert . Mit anderen Worten: Wenn wir auf Biokunststoffe umsteigen, müssen die Lebensmittelfelder mit den Kunststofffeldern konkurrieren.

PLA: Was bedeuten die Begriffe biologisch abbaubar und kompostierbar?

Die Begriffe „biologisch abbaubar“ und „kompostierbar“ und ihre Unterschiede sind von entscheidender Bedeutung und werden oft missverstanden. Jan-Peter Willie erklärt: „ Viele Menschen verwechseln „biologisch abbaubar“ mit „kompostierbar“. Im weitesten Sinne bedeutet „biologisch abbaubar“, dass ein Gegenstand biologisch abgebaut werden kann, während „kompostierbar“ normalerweise angibt, dass ein solcher Prozess zu Kompost führt .“ Ein „biologisch abbaubares“ Material kann unter bestimmten anaeroben oder aeroben Bedingungen zersetzt werden. Allerdings zersetzt sich fast jedes Material in der Natur mit der Zeit. Daher ist es notwendig, die genauen Umweltbedingungen für die biologische Abbaubarkeit explizit zu definieren.

Kompostierung hingegen ist ein vom Menschen verursachter Prozess. Gemäß der europäischen Norm EN13432 gilt ein Polymer oder eine Verpackung als „kompostierbar“, wenn innerhalb von 6 Monaten in einer industriellen Kompostieranlage mindestens 90 % davon durch Mikroorganismen und Zusatzstoffe in Kohlenstoffemissionen umgewandelt werden, deren Anteil maximal 1 beträgt % der Ausgangsmasse und unbedenklich. Oder zusammenfassend könnten wir sagen: „Jede Kompostierung ist immer biologischer Abbau, aber nicht jeder biologische Abbau ist Kompostierung.“

Kann PLA-Filament als biologisch abbaubar definiert werden?

In Anzeigen oder Beschreibungen von PLA lesen wir oft „biologisch abbaubares PLA“, was darauf hindeutet, dass PLA, genau wie Küchenabfälle, im heimischen Kompost oder in der Natur zersetzt werden kann. Dies ist jedoch nicht genau der Fall. PLA kann als biologisch abbaubar definiert werden, aber „ unter den spezifischen Bedingungen der industriellen Kompostierung; In diesem Fall ist es angemessener zu sagen, dass es sich um ein biologisch abbaubares Polymer handelt. Damit PLA wirklich abbaubar ist, sind industrielle Kompostierungsbedingungen erforderlich, d. h. kontrollierte Temperatur und Luftfeuchtigkeit in Anwesenheit von Mikroorganismen“, erklärt Florent Port. Jan-Peter Willie fügt hinzu : „PLA ist kompostierbar, aber nur in einer industriellen Kompostieranlage .“

Unter diesen industriellen Kompostierungsbedingungen kann PLA in wenigen Tagen, höchstens in wenigen Monaten biologisch abgebaut werden. Die Temperaturen müssen über 55-70°C liegen. Auch Nicolas bestätigt: „ PLA kann unter industriellen Kompostierungsbedingungen biologisch abgebaut werden “.

Leider kann die von Herstellern und Händlern verwendete Definition von biologisch abbaubarem PLA den Endverbraucher irreführen, wenn sie nicht gut erklärt wird. Das Umweltbundesamt weist in seinem Bericht darauf hin, dass es aufgrund dieser vermeintlich kommunizierten biologischen Abbaubarkeit zu einer größeren Umweltbelastung durch Mikroplastik kommen kann, wenn PLA in die Umwelt gelangt.

In der Umwelt dauert es mindestens 80 Jahre, bis sich PLA zersetzt, was bedeutet, dass es im Meer und an Land zur Umweltverschmutzung durch Kunststoffe und vor allem Mikroplastik beiträgt. Aus diesem Grund sollte PLA nicht wie jede andere Art von Kunststoff in die Umwelt, den heimischen Komposter oder den Biomüll geworfen werden.

Können PLA und andere Biokunststoffe in allen Kompostieranlagen abgebaut werden?

Die Antwort ist nein. Eine Umfrage der Deutschen Umwelthilfe (DUH), die fast 1.000 deutsche Kompostieranlagen für Bioabfälle und Bioabfälle zählt, ergab, dass 95 % dieser Kompostieranlagen nicht in der Lage sind, Biokunststoffe normgerecht zu kompostieren. Darüber hinaus betrachten 80 % dieser Kompostieranlagen, die deutsche organische und biologische Abfälle verarbeiten, Biokunststoffe als störenden Stoff. Dies zeigt, dass PLA zwar theoretisch biologisch abbaubar ist, in der Praxis jedoch die entsprechende Infrastruktur für den Abbau von PLA und anderen Biokunststoffen fehlt.

Kann PLA recycelt werden?

Laut unseren drei Experten ist PLA recycelbar. Florent Port weist jedoch darauf hin: „ Derzeit gibt es keine offizielle Sammlung von PLA-Abfällen, die beim 3D-Druck anfallen.“ Tatsächlich machen es die derzeitigen Kunststoffabfallkanäle schwierig, PLA von anderen Polymeren wie PET (Wasserflaschen) zu unterscheiden, und die Kontamination dieser Materialien mit PLA wirkt sich negativ auf das Recycling aus. Technisch gesehen ist PLA recycelbar, solange nur PLA gesammelt wird und keine Kontamination durch andere Kunststoffe auftritt .

Was sollten wir über die Emissionen des 3D-Drucks mit PLA wissen?

Viele Menschen glauben fälschlicherweise, dass die beim Drucken von PLA freigesetzten Emissionen völlig harmlos sind, da PLA beim Drucken einen eher süßen Geruch verströmt. Erdölbasiertes ABS hingegen verströmt einen störenden Plastikgeruch. Nicolas Roux, CEO von Zimple 3D, ist Experte für Filamentemissionen und wir haben ihn zu diesem Thema befragt. Er sagte uns: „ Wissenschaftliche Studien haben gezeigt, dass PLA eine erhebliche Menge an Nanopartikeln abgibt, die die alveoläre Kapillarbarriere überwinden und über das Blut den gesamten Körper kontaminieren können .“ Diese Barriere oder Membran ist der Teil der Lunge, über den Gase Funktionen austauschen, nämlich die Aufnahme von Sauerstoff und die Abgabe von Kohlendioxid.

„ Bei diesen Partikeln handelt es sich hauptsächlich um Laktid, es können aber auch andere giftige Partikel freigesetzt werden, da die verwendeten Filamente selten zu 100 % aus PLA bestehen und bis zu 40 % Zusatzstoffe enthalten. Deshalb gibt es Tests, die zeigen, dass PLA Styrol, Chlormethyl und zahlreiche andere krebserregende Verbindungen abgibt, die der chemischen Industrie bekannt sind.“ Ein Bericht des Umweltbundesamtes bestätigt zudem die Belastung durch Feinstaub, Nanopartikel und VOCs (flüchtige organische Verbindungen) beim Extrusions-3D-Druck von PLA und anderen Kunststoffen wie ABS, wobei die Emissionen von ABS höher sind als die von PLA.

Wie gefährlich sind diese Emissionen?

„ Ohne ein konformes Sicherheitsdatenblatt sind die Risiken von Filament zu Filament sehr unterschiedlich, obwohl sie bei allen vorhanden sind. “ Die verwendeten Zusatzstoffe und der Filamentherstellungsprozess haben einen erheblichen Einfluss auf die Gefährlichkeit der Emissionen “, erklärt Nicolas Roux. Es ist daher sicher, dass beim Drucken von PLA die Nanopartikel unkontrolliert in die Luft gelangen und den Körper des Benutzers kontaminieren können. „ Aus diesem Grund ist es notwendig, uns zu schützen, indem wir das Risiko begrenzen .“ Nicolas Roux empfiehlt, niemals in der Nähe eines in Betrieb befindlichen 3D-Druckers zu arbeiten, den Raum, in dem der Druck durchgeführt wird, zu belüften und gegebenenfalls ein Filtersystem zu verwenden.

Sind einige Filamente umweltfreundlicher als andere? Welche Alternativen gibt es zu PLA?

Florent Port erklärt: „ Organische Filamente sind umweltfreundlicher als solche, die aus fossilen Ressourcen gewonnen werden .“ In diesem Fall sind Zusatzstoffe sehr wichtig. Einige Hersteller wie Francofil stellen auch PLA-Filamente her, deren Zusätze keine Chemikalien enthalten. Vielen ihrer PLA-Filamente werden Sekundärprodukte (Abfälle) wie Muscheln, Weizen und Kaffeesatz zugesetzt, wodurch sie zu 100 % biobasiert sind.

Nicolas Roux glaubt, dass es keine wirklich nachhaltigen Alternativen zu PLA-Filamenten gibt: „ Leider kenne ich keine wirklich ökologischen und sicheren Filamente, die keine Partikel ausstoßen oder die in der Lage sind, sich am Boden oder im Meer selbst biologisch abzubauen.“ . Meiner Meinung nach ist die Bevorzugung von Filamenten mit konformen Sicherheitsdatenblättern durch europäische Hersteller eine verantwortungsvolle Haltung bei der Materialauswahl .“ Auch Jan-Peter empfiehlt europäische Filamente: „ Bei PLA aus Asien gibt es viele Anbieter, die nicht angeben, was ihre Filamente enthalten “.

Er fährt fort: „ Es gibt zahlreiche Kunststoffe, die aus natürlichen Rohstoffen hergestellt werden, aber selten sieht man sie als Filamente.“ Wahrscheinlich ist es schwierig, daraus Filamente herzustellen, oder sie sind nicht zum Drucken geeignet . Allerdings gibt es Unternehmen wie das kanadische Start-up Genecies, die an der Entwicklung von Polymeren arbeiten, die in natürlichen Umgebungen nach etwa 12 Monaten abgebaut werden können. Darüber hinaus bieten einige Hersteller wie Nefilatek mittlerweile recycelte Filamente an. Es ist immer noch Plastik, aber definitiv nachhaltiger als ein neues Material.

Biologisch abbaubares PLA ist daher nur dann biologisch abbaubar, wenn es in industriellen Kompostieranlagen behandelt wird. Aufgrund der fehlenden Infrastruktur ist es jedoch schwierig, PLA industriell zu kompostieren oder zu recyceln. Entgegen der landläufigen Meinung emittiert PLA auch gesundheitsschädliche Stoffe, allerdings in geringeren Mengen als beispielsweise ABS. Das eigentliche Problem bei PLA-Filamenten besteht also darin, dass ihre Eigenschaften manchmal falsch kommuniziert und nicht klar definiert werden; in manchen Fällen könnte sogar falscher Umweltschutz vorliegen.

Insgesamt lässt sich sagen, dass PLA aufgrund seiner Herstellung aus nachwachsenden Rohstoffen und der Möglichkeit des biologischen Abbaus in mancher Hinsicht nachhaltiger ist als Kunststoff aus fossilen Brennstoffen. Aber es ist und bleibt Plastik, das die Natur und die Meere verschmutzt und deshalb ist es wichtig, wie bei allem Plastik, das Sie verwenden, es zu recyceln.