Biokunststoffe herstellen – Designprojekte mit Algen, Maisstärke und anderen Naturstoffen

Können biologisch abbaubare Kunststoffe aus Naturstoffen wie Algen die fossilen Polymere ersetzen? Es gibt eine Reihe von Designern, die bereits mit Biokunststoffen experimentieren. Diese bestehen aus Maisstärke oder Schalen von Krabben und werden damit zu Bioplastik. In diesem Beitrag haben wir diesbezüglich einige inspirierende Designprojekte zusammengestellt, bei denen die Designer ihre Werke durch Biokunststoffe herstellen. Der Begriff „Biokunststoff“ steht für einen Kunststoff, der ganz oder teilweise auf organischer Biomasse und nicht auf Erdöl basiert. Wenn Menschen Biokunststoffe herstellen, sind diese meistens biologisch abbaubar, was theoretisch einer ihrer größten Vorteile ist. Es ist jedoch leicht, einige der gebräuchlichen Begriffe zu verwechseln. Obwohl sich diese ähnlich anhören, ist die Bio Definition in Bezug auf Biokunststoffe nicht austauschbar.

Für welche Anwendungen kann man Biokunststoffe herstellen?

Wussten Sie, dass Biokunststoffe seit mindestens 100 Jahren existieren? Maisöl und Sojabohnenöl hat man beide zur Herstellung von Autoteilen für manche Ford Modelle verwendet. In den letzten Jahren verwendet man Biokunststoffe in einer Vielzahl von Konsumgütern wie Lebensmittelbehältern, Einkaufstüten, biologisch abbaubaren Utensilien und Lebensmittelverpackungen. Diese nennt man Commodity-Kunststoffe und sie können ebenfalls technische Anwendungen wie elektrische und elektronische Gehäuse dienen. Kurz gesagt, Biokunststoffe haben in fast jede Branche Einzug gehalten: Automobil, Elektronik, Lebensmittel- und Getränkeverpackungen, Landwirtschaft, Textilien, Gesundheitswesen usw.

Was sind die Vorteile?

Im Allgemeinen sind die größten Vorteile einer aufkeimenden Biokunststoffindustrie ein geringerer Energiebedarf und ein weniger verschmutztes Ökosystem. Das Problem des Überlaufens von Mülldeponien und schwimmenden Müllinseln wird theoretisch durch den verstärkten Einsatz von Biokunststoffen angegangen. Nicht alle Biokunststoffe bauen sich jedoch in einer sinnvollen Zeitspanne ab. Es ist durchaus realistisch, dass einige biobasierte Kunststoffe jahrzehntelang intakt bleiben, insbesondere wenn man diese nicht ordnungsgemäß entsorgt.

Und die Nachteile?

Für die Verbraucher kann es sehr schwierig zu unterscheiden sein, welche Biokunststoffe biologisch abbaubar oder kompostierbar sind und welche konventionellen Kunststoffe sie verwenden können, die anderweitig recycelbar sind. Aus diesem Grund entsorgt man viele Biokunststoffe nicht ordnungsgemäß. Einige Gemeinden haben nicht einmal die Möglichkeit, Biokunststoffe zu sortieren, zu kompostieren oder zu recyceln.

Aus diesem Grund landet alles ohnehin auf einer Mülldeponie. Zum Beispiel sieht ein Becher aus Polymilchsäure (PLA Kunststoff) wie herkömmliches Polymer aus. Außerdem fühlt sich dieser auch so an, dass ein Verbraucher ihn in den Papierkorb wirft, anstatt ihn zu kompostieren.

Biopolymere mit 3D-Druck herstellen

Die niederländischen Designer Erik Klarenbeek und Maartje Dros versuchen, ein Netzwerk von Biopolymer-3D-Druckern, die „3D Bakery heißen, aufzubauen. Dies bedeutet, dass die Menschen ihre eigenen umweltfreundlichen Produkte als Biokunststoffe herstellen und drucken können. Sie haben ihre eigene Einrichtung im Atelier Luma in Arles eingerichtet, um das Konzept zu demonstrieren.

„AlgaeLab“ genannt, bietet es die Möglichkeit, Algen zu kultivieren, zu ernten und zu trocknen, so dass ihre Stärken zum Rohstoff für Biokunststoffe werden können. Sie haben außerdem auch Werbeeinblendungen an verschiedenen Orten erstellt, wie beispielsweise im Museum Boijmans Van Beuningen in Rotterdam, sowie 3D-Druckobjekte mit Algen erstellt.

Die Designer glauben, dass ihr Projekt eine Lösung für den enormen Verbrauch nicht erneuerbarer fossiler Brennstoffe bietet, die Kohlendioxid (CO2) in die Atmosphäre abgeben, wenn sie zu Materialien wie Kunststoff werden. Wissenschaftler führen steigende CO2-Emissionen der globalen Erwärmung zu. Als Pflanzensorte absorbieren Algen Kohlendioxid während des Photosyntheseprozesses, mit dem sie Energie erzeugen. Daher befürworten die Planer das Wachstum von Algen, die als Produktionsmaterial dienen, um den weltweiten CO2-Gehalt zu senken und den Klimawandel zu verhindern.

Packmittel und Töpferwaren aus Algen

Austeja Platukyte hat ein biologisch abbaubares Material aus Algen entwickelt, das herkömmliche Kunststoffverpackungen auf Erdölbasis ersetzen könnte. Das „That’s It“-Projekt hat die Absolventin in ihrer Abschlussshow der Vilnius Academy of Arts präsentiert. Es besteht aus nur zwei Bestandteilen: Agar aus Algen und einem durch Emulgierungsmittel (Wachs) verstärktem Calciumcarbonat.

Die Designerin hat damit bewiesen, dass das leichte, wasserdichte Material zerfällt, wenn man es in den Boden einlässt und regelmäßig überwacht. Sie hat eine Reihe von Verpackungen entworfen, die nicht biologisch abbaubare Formen ersetzen können. Das Material ist stark genug, um Produkte zu schützen, bleibt aber dennoch leicht und wasserdicht. Nach seiner Verwendung kann man es kompostieren oder als Dünger verwenden, um die Bodenfeuchtigkeit zu erhalten.

Das Packmittel kann man auch wegwerfen, weil es sich natürlich verfallen lässt, wodurch neue Kreideschichten entstehen. Um die biologische Abbaubarkeit des Materials zu beweisen, hat die Konstrukteurin Anfang des Jahres Verpackungen vergraben und ihre allmähliche Zersetzung regelmäßig überwacht.

Möbeln durch Biokunststoffe herstellen

Das Gewebe für die „Sea Me“ Möbelkollektion von Nienke Hoogvliet besteht aus Algengarn. Das Material hat ähnliche Eigenschaften wie Viskose, beinhaltet jedoch aus Seetang gewonnenem Zellstoff. Die Designer verwenden dann Algenreste aus dem Produktionsprozess, damit sie auch andere Biokunststoffe herstellen können. Dadurch sind derartige kleine Schalen entstanden. Das Team ist der Überzeugung, dass wir in Zukunft alle in Häusern leben könnten, die komplett mit Algen gebaut und eingerichtet sind.

Die „Sea Me“ Kollektion umfasst einen Sitz aus Stoff, der unter anderem mit Algen handgewebt und gefärbt oder veredelt ist. Hoogvliet verwendete ebenfalls Seetang, um den Stoff zu färben, wobei die verschiedenen Arten entsprechend unterschiedliche Farben erzeugten. Die Kollektion umfasst außerdem auch einen Beistelltisch mit einer Holzplatte, der mit Farbe aus Blasentang, andere in den Niederlanden häufig vorkommende Algen, fertiggestellt wurde.

Ein einfaches, gebogenes Gestell in weichem Graugrün aus Stahlrohr trägt den Stuhl und den Tisch. Hoogvliet verwendete die verbleibenden Materialien aus der Möbelherstellung, um ein Paar Biokunststoffschalen aus 100% Algen herzustellen. Er experimentierte zuerst mit Algen in einem Teppich, der Seetang aufwies, indem er diesen um ein Fischernetz gewickelt und geknotet hat.

Maisstärke Ersatz mit bioplastischer Sohle

Die Sohle von Reeboks Cotton + Corn-Turnschuhen besteht aus Mais, die Innensohle aus Rizinusöl. Mit einem Baumwoll-Obermaterial ist der Schuh zu 75 Prozent biobasiert, funktioniert jedoch wie jeder andere ähnliche Sneaker. Die Sohle besteht aus Propandiol-Material, das man auch als Motorkühlmittel auf Biobasis und als Gykolelement bei der Herstellung von Harzen für die Schuh- und Autoindustrie einsetzt.

Der Sportbekleidungshersteller hat das erste Produkt seiner Initiative für Nachhaltigkeit mit diesem Paar Sportschuhen aus Biokunststoff vorgestellt. Reebok hat das Programm ins Leben gerufen, um die Auswirkungen der Modebranche auf die Umwelt zu reduzieren, beginnend mit der Suche nach einer Alternative zu den auf Erdöl basierenden Gummi- und Schaumsohlen. Die Sneakers bestehen zu 75 Prozent aus biobasiertem Material, wie vom US-Landwirtschaftsministerium zertifiziert.

Botanische Figuren aus Biokunststoff auf Basis von Zuckerrohr

Lego verwendete einen Polyethylen-Kunststoff aus Ethanol aus nachhaltig gewonnenem Zuckerrohr für die Bäume, Blätter und andere Vegetation in seinem Sortiment. Bis 2030 soll der dänische Spielzeughersteller alle Legosteine durch Biokunststoffe herstellen. Lego hat sich nicht nur darauf konzentriert, sondern auch in Windkraft investiert, um die für die Herstellung der Plastikteile benötigte Energie auszugleichen.

Während die pflanzenförmigen Teile nur einen geringen Prozentsatz der Produktion ausmachen, ist es das ultimative Ziel des Unternehmens, bis 2030 alle Ziegelsteine ​​mit Biokunststoff herzustellen. Der erste Satz von Zuckerrohrelementen wird noch im Jahr 2018 auf den Regalen erscheinen. Laut Lego sind die neuen Elemente auf Pflanzenbasis technisch identisch mit denen, die aus herkömmlichem Kunststoff bestehen.

Für die Adventskalender hat das Konzern außerdem auch nachhaltige Schalen aus Zellstoff eingeführt. Andere Schritte, die Lego unternimmt, um den CO2-Ausstoß zu reduzieren, sind Investitionen in die Windenergie, um sicherzustellen, dass die zur Herstellung der Legosteine verwendete Energie durch die Erzeugung erneuerbarer Energie ausgeglichen wird.

Bioplastik aus Schalentieren

Die Schale von Krebstieren enthält Chitin, das Jeongwon Ji mit Wasser und Glycerin auf Versuchsbasis kombinierte, um einen Biokunststoff herzustellen. Das als Crustic bezeichnete Projekt stammte aus einer Zunahme der invasiven chinesischen Wollhandkrabben in britischen Gewässern. Die Designerin verwendete die als Schädlinge angesehenen Kreaturen als nützliche Ressource und erstellte damit Gehäuse aus Kunststoff für kleine elektronische Objekte, wie zum Beispiel Wecker.

Jeongwon Ji, Absolventin des Royal College of Art, hat ihren eigenen Biokunststoff aus Krabbenschalen hergestellt. Sie wollte eine taktilere Hülle für elektronische Produkte entwickeln und extrahierte daraus Glukose aus Krebsieren. Aus Versuch und Irrtum in der Labor kreierte sie dadurch ihr eigenes Plastikmaterial. Die Mischung auf Wasserbasis dauert viel länger als herkömmliche Kunststoffe, aber die Inhaltsstoffe sind völlig ungiftig, erklärte sie.

„Obwohl die Produktionszeit länger ist, kann dieser ungiftige Prozess die Lebensdauer derjenigen verbessern, die unsere Elektronik herstellen.“ Obwohl alle Muster in präzisen geometrischen Holzformen hergestellt sind, wird das Material rau und verzieht sich beim Aushärten, was zu taktilen und organischen Formen führt. „Ich wollte die Archetypen elektronischer Produkte herausfordern, indem ich taktile Oberflächen benutzte und Formen machte, die so aussehen, als wären sie aus etwas anderem, etwas natürlichem“, sagte sie.

FORMcard – Kunstkarte von Peter Marigold

Der Londoner Designer Peter Marigold entwarf eine ungiftige, aber farbenfrohe Karte aus Biokunststoff von der Größe einer regulären Kreditkarte. Diese wird im Wasser weich und kann zur Gestaltung von Anhängern, zum Reparieren von Kunststoffobjekten und kindersicheren Tischkanten dienen. Ähnlich wie der formbare Kleber aus Kautschuk Sugru wurde Marigolds Karte aus einem auf Maisstärke basierenden Biokunststoff hergestellt und enthielt Farbpigmente anstelle der allgemein in Kunststoffen verwendeten Universalpigmente.

Das Material auf Stärkebasis haftet im warmen Zustand an anderen Kunststoffen und kann daher zum Fixieren von gebrochenem Plastikspielzeug oder anderen Gegenständen verwendet werden. Die wiederverwendbare FORMcard ist so konzipiert, dass sie in einer Brieftasche getragen werden kann. Somit steht diese jederzeit für Notreparaturen zur Verfügung. „Die Erfindung ist stark genug, um im Notfall einen einfachen Schraubenschlüssel herzustellen“, sagte Marigold, der seit zwei Jahren mit Thermoplasten experimentiert.

Der ArboSkin Pavillon von ITKE

Studenten und Professoren des ITKE der Universität Stuttgart, einer Forschungseinheit, die regelmäßig wegweisende Pavillons baut, konstruierten diesen spitzenartigen kurvenreichen Pavillon, um die Eigenschaften eines für die Bauindustrie entwickelten Biokunststoffs zu demonstrieren. Arboblend heißt das Material von der deutschen Firma Tecnaro. Es kombiniert Biopolymere wie Lignin, ein Nebenprodukt des Holzaufschlussprozesses, um thermoformbare Folien aus Biokunststoff herzustellen. Die Platten werden erhitzt, um zu den facettierten Formen geformt zu werden. Kunststoffabfälle können zur Wiederverwendung granuliert werden.

Die doppelt gekrümmte Haut wird gebildet, indem die Pyramiden miteinander verbunden werden, wobei Stützringe und Balken dazu beitragen, tragende Wände zu schaffen. Mit dem CNC-Fräsen wurden Teile einiger Module entfernt, wodurch Öffnungen in der Fassade geschaffen wurden. Das Abfallmaterial aus diesem Prozess kann erneut granuliert und dem Produktionsprozess wieder zugeführt werden, während die Kunststoffplatten am Ende ihrer Lebensdauer kompostiert werden können.