Von Juli 2015 bis Juni 2018 nahm NaturePlast an dem Projekt COPROPLAST (mit Unterstützung der Region Normandie und des EFRE) in Partnerschaft mit der AGRIAL-Gruppe teilgenommen.
Dieses Projekt hatte insbesondere zum Ziel, den Akteuren der Kunststoffindustrie alternative Lösungen anzubieten, die die Verwendung von lokalen Abfällen / Nebenprodukten als Füllstoff in verschiedenen Polymermatrizen integrieren.
Im Rahmen dieses Projekts wurde eine Lebenszyklusanalyse* durchgeführt, um die Verbesserung der Umweltauswirkungen der Biokompositen und Produkte, die im Rahmen dieses Projekts hergestellt wurden, zu ermitteln.
Um so repräsentativ wie möglich zu sein, wurden 4 Polymermatrizen und 6 Nebenprodukte aus dem Projekt untersucht:
- Petroleumbasiertes Polypropylen, ein „Standard“-Material der Kunststoffindustrie.
- Biobasiertes PolyethylenEin Material, das aus der Bioethanolindustrie in Brasilien stammt und die gleichen Eigenschaften wie sein petrobasiertes Äquivalent besitzt.
- PLA (Polylactide), ein biobasiertes Material, das aus Mais- oder Zuckerrohrstärke gewonnen wird und biologisch abbaubar ist.
- PBS (Polybutylen Succinat), ein teilweise biobasiertes Material, das ebenfalls aus Maisstärke oder Zuckerrohr gewonnen wird und biologisch abbaubar ist.
Und:
- Sortierdifferenz bei Weizen, die aus der Sortierung von Saatgut stammt.
- Sortierdifferenz bei Gerste, die ebenfalls aus der Sortierung von Saatgut stammt.
- Maisflash aus Getreideaktivitäten.
- Sortierabfall von Karotten, der beim Schneiden von Gemüse anfällt.
- Lauchgrün, das ebenfalls aus der Gemüsezerlegung stammt.
- Karottenkuchen, der beim Pressen von Gemüse für die Herstellung von Suppen anfällt.
Die Untersuchung der Umweltauswirkungen dieser Matrix und Nebenprodukte wurde in einem “ cradle to gate „-Perimeter durchgeführt, d.h. von der Produktionsphase der Rohstoffe (erneuerbar oder fossil) über die Produktionsphase der Matrix und Nebenprodukte bis hin zur Herstellung von Mischungen aus Matrix und Nebenprodukten. Die für diese Studie angewandten methodischen Entscheidungen führten zu einer Verteilung der Auswirkungen auf die landwirtschaftlichen Produkte und Nebenprodukte nach einer Massenzuteilung.
Vier Indikatoren wurden ausgewählt, um eine breite und relevante Darstellung der Umweltauswirkungen dieser Verbindungen zu erhalten:
- Klimawandel: quantifiziert die anthropogenen Treibhausgasemissionen, die den Klimazyklus auf der Erde stören können – kg CO2 eq.
- Versauerung: gibt das Versauerungspotential der Umwelt (Böden und Oberflächengewässer) an, das durch die Emissionen von säurebildenden Stoffen (SO2, NOx, NH3, …) verursacht wird – Mol H+ eq.
- Aquatische Eutrophierung: Einbringung von Nährstoffen (Stickstoff- und Phosphatemissionen), die das Algenwachstum fördern und dadurch die Tier- und Pflanzenwelt schädigen – kg P oder N eq.
- Erschöpfung von Energieressourcen: bewertet die Erschöpfung von nicht erneuerbaren Energieressourcen – MJ.
Gewinnung von Nebenprodukten
Die Studie über die Gewinnung von Nebenprodukten zeigte die starken Auswirkungen des Anbaus von Biomasse, insbesondere auf die Indikatoren Versauerung, Eutrophierung und Klimawandel.
Die Verarbeitungsschritte, die für die Verwendung in der Kunststoffindustrie erforderlich sind (Trocknen, Mahlen, Sieben), haben ebenfalls einen großen Einfluss auf den Energieverbrauch, insbesondere bei Nebenprodukten mit hohem Feuchtigkeitsgehalt (bis zu über 80%) wie Karottenabfälle und Lauchgrün.
Karottenkuchen ist das Nebenprodukt, das bei den ausgewählten Indikatoren für Weizen und Gerste am besten abschneidet, da es einen geringeren Wassergehalt (50 %) und ein besseres Verhältnis (Nebenprodukt / Produkt) aufweist.
Herstellung der Matrizen
Die Untersuchung der Herstellung der Matrizen ergab, dass die biobasierten Versionen bei den Kriterien Klimawandel und Energie besser abschneiden, aber bei den Faktoren Versauerung und Eutrophierung einen Nachteil aufweisen, ebenso wie die Nebenprodukte, da für ihre Herstellung Biomasse benötigt wird. In Bezug auf das Kriterium des Klimawandels wird die positive Wirkung der biobasierten Matrix noch verstärkt, wenn man den biogenen Kohlenstoff betrachtet (Kohlenstoff, der von Pflanzen für ihr Wachstum aufgenommen wird). In diesem Fall sind biobasierte Matrizen 60% besser als petrobasiertes PP.
Studien zu Biokompositen
Eines der Hauptziele der Einführung von Nebenprodukten in eine Kunststoffmatrix ist die Verringerung der Umweltauswirkungen. Die Berücksichtigung des biogenen Kohlenstoffs bei biobasierten Matrizen und Nebenprodukten für das Kriterium des Klimawandels führt zunächst zu einer Verbesserung der jeweiligen Umweltleistung:
Es wurde festgestellt, dass es keine Rolle spielt, wie hoch der Anteil der Nebenprodukte ist, die bei der Herstellung von Biokompositen verwendet werden. BiokompositenDie Umweltkriterien Klimawandel, Versauerung und Eutrophierung wurden positiv beeinflusst.
Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung einer biobasierten Matrix eine bessere Leistung (insbesondere bei PLA und biobasiertem PE), auch wenn ein Verbundstoff auf Petroleumbasis im Vergleich zur Matrix allein aus ökologischer Sicht immer noch relevant ist.
Fall eines fertigen Produkts
Um die potenziellen Gewinne unter realen Bedingungen genauer zu veranschaulichen, wurde eine der Anwendungen, auf die das Projekt abzielt, genauer bewertet. Es handelt sich um Isolatoren für elektrische Zäune, deren Ende der Lebensdauer dieVerbrennung mit Energierückgewinnung ist:
Aufgrund der langen Nutzungsdauer des Produkts (ca. 10 Jahre) sind biologisch abbaubare Versionen hier nicht zu empfehlen. Der Vergleich wurde zwischen einem petroleumhaltigen PP, das allein verwendet wurde, einem PP + Weizen-Verbundstoff und einem biobasierten PE + Weizen durchgeführt.
Die Verwendung eines vollständig biobasierten Biokompositmaterials hat einen erheblichen Vorteil in Bezug auf die Kriterien Energie und Klimawandel im Vergleich zu PP und seinem Weizencompound. Die Verringerung der Auswirkungen auf diese Kriterien im Vergleich zu PP allein beträgt etwa 40 %. Die Kriterien Eutrophierung und Versauerung werden jedoch aus den oben genannten Gründen durch die Verwendung von biobasierten Produkten negativ beeinflusst.
Unterricht
Diese Lebenszyklusanalyse zeigte die Umweltvorteile der Verwendung von Nebenprodukten in bio- oder erdölbasierten Matrizes, insbesondere im Hinblick auf die Kriterien Energieverbrauch und Klimawandel. Diese beiden Kriterien werden durch die landwirtschaftliche Herkunft der biobasierten Matrix und der Nebenprodukte beeinflusst.
Der Anbau von Biomasse der ersten Generation (Getreide, Zuckerrohr usw.), aus der biobasierte Matrix und Nebenprodukte gewonnen werden, führt zu schlechten Ergebnissen bei diesen beiden Indikatoren im Vergleich zu Produkten auf Erdölbasis.
Dennoch laufen derzeit zahlreiche Projekte zur Herstellung von biobasierten Matrizes aus Biomasse der neuen Generation (Zellulose, organische Abfälle, Abwasser usw.), die diese Lösungen kurzfristig verfügbar machen dürften.
Weitere Verbesserungsmöglichkeiten, die in dieser Studie aufgezeigt wurden, sind die verschiedenen Verfahren zur Behandlung der Nebenprodukte (Trocknen, Mahlen, Sieben usw.), die sorgfältig ausgewählt werden müssen, um die Umweltauswirkungen der Biokompositprodukte weiter zu reduzieren.
Über : NaturePlast ist ein französisches Unternehmen mit Sitz in der Normandie (Ifs – 14), das auf Biokunststoffe spezialisiert ist. Mit mehr als 10 Jahren Erfahrung auf diesem Gebiet verfügt es über das breiteste Portfolio an biobasierten und/oder biologisch abbaubaren Rohstoffen und Compounds in Europa. Mit ihrer Tochtergesellschaft BiopolyNov unterstützt sie Industrieunternehmen von der Entstehung bis zur Industrialisierung ihrer Innovationsprojekte. Dank des im Laufe der Jahre erworbenen Know-hows in Forschung und Entwicklung sind NaturePlast und BiopolyNov Experten in der Entwicklung und Herstellung von Formulierungen für Kunden- oder Gemeinschaftsprojekte.
*Die Lebenszyklusanalyse wurde von einem unabhängigen Ingenieurbüro durchgeführt.