Seit ihren Anfängen während und nach dem Zweiten Weltkrieg ist die kommerzielle Industrie für Polymere – langkettige synthetische Moleküle, für die „Kunststoffe“ eine häufige Fehlbezeichnung ist – schnell gewachsen.Im Jahr 2015 wurden weltweit über 320 Millionen Tonnen Polymere (ohne Fasern) hergestellt.
[Chart: The Conversation] Bis in die letzten fünf Jahre haben Polymerproduktdesigner in der Regel nicht darüber nachgedacht, was nach dem Ende der anfänglichen Lebensdauer ihres Produkts passieren wird.Dies beginnt sich zu ändern, und dieses Thema wird in den kommenden Jahren zunehmende Aufmerksamkeit erfordern.
DIE KUNSTSTOFFINDUSTRIE
„Kunststoff“ ist zu einer etwas irreführenden Art geworden, Polymere zu beschreiben.Diese werden typischerweise aus Erdöl oder Erdgas gewonnen und sind langkettige Moleküle mit Hunderten bis Tausenden von Gliedern in jeder Kette.Lange Ketten vermitteln wichtige physikalische Eigenschaften wie Festigkeit und Zähigkeit, mit denen kurze Moleküle einfach nicht mithalten können.
„Kunststoff“ ist eigentlich eine Kurzform von „Thermoplast“, ein Begriff, der Polymermaterialien beschreibt, die durch Wärme geformt und umgeformt werden können.
Die moderne Polymerindustrie wurde in den 1930er Jahren von Wallace Carothers bei DuPont gegründet.Seine sorgfältige Arbeit an Polyamiden führte zur Kommerzialisierung von Nylon, da der Mangel an Seide während des Krieges die Frauen dazu zwang, anderswo nach Strümpfen zu suchen.
Als während des Zweiten Weltkriegs andere Materialien knapp wurden, suchten Forscher nach synthetischen Polymeren, um die Lücken zu schließen.Beispielsweise wurde die Versorgung mit Naturkautschuk für Fahrzeugreifen durch die japanische Eroberung Südostasiens unterbrochen, was zur Entwicklung eines synthetischen Polymeräquivalents führte.
Durch Neugier getriebene Durchbrüche in der Chemie führten zur Weiterentwicklung synthetischer Polymere, darunter das heute weit verbreitete Polypropylen und hochdichte Polyethylen.Auf einige Polymere, wie zum Beispiel Teflon, stieß man zufällig.
Letztendlich führte die Kombination aus Bedarf, wissenschaftlichen Fortschritten und glücklichem Zufall zur vollständigen Palette von Polymeren, die man heute leicht als „Kunststoffe“ erkennen kann.Diese Polymere wurden schnell kommerzialisiert, da man das Gewicht der Produkte reduzieren und kostengünstige Alternativen zu natürlichen Materialien wie Zellulose oder Baumwolle bieten wollte.
ARTEN VON KUNSTSTOFF
Die Produktion synthetischer Polymere wird weltweit von den Polyolefinen Polyethylen und Polypropylen dominiert.
Polyethylen gibt es in zwei Arten: „hohe Dichte“ und „niedrige Dichte“.Auf molekularer Ebene sieht hochdichtes Polyethylen aus wie ein Kamm mit regelmäßig verteilten, kurzen Zähnen.Die Version mit niedriger Dichte sieht dagegen aus wie ein Kamm mit unregelmäßig verteilten Zähnen zufälliger Länge – von hoch oben gesehen ähnelt sie ein wenig einem Fluss und seinen Nebenflüssen.Obwohl es sich bei beiden um Polyethylen handelt, verhalten sich diese Materialien aufgrund der Formunterschiede unterschiedlich, wenn sie zu Folien oder anderen Produkten geformt werden.
[Diagramm: Das Gespräch]
Polyolefine dominieren aus mehreren Gründen.Erstens können sie mit relativ kostengünstigem Erdgas hergestellt werden.Zweitens sind sie die leichtesten synthetischen Polymere, die in großem Maßstab hergestellt werden.Ihre Dichte ist so gering, dass sie schwimmen.Drittens widerstehen Polyolefine Schäden durch Wasser, Luft, Fett und Reinigungslösungsmittel – alles Dinge, denen diese Polymere bei der Verwendung ausgesetzt sein können.Schließlich lassen sie sich leicht zu Produkten formen und sind gleichzeitig robust genug, dass sich daraus hergestellte Verpackungen auch in einem Lieferwagen, der den ganzen Tag in der Sonne steht, nicht verformen.
Allerdings haben diese Materialien gravierende Nachteile.Sie werden sehr langsam abgebaut, was bedeutet, dass Polyolefine Jahrzehnte bis Jahrhunderte in der Umwelt überleben können.In der Zwischenzeit werden sie durch Wellen- und Windeinwirkung mechanisch abgerieben, wodurch Mikropartikel entstehen, die von Fischen und Tieren aufgenommen werden können und über die Nahrungskette zu uns gelangen.
Das Recycling von Polyolefinen ist aufgrund von Sammel- und Reinigungsproblemen nicht so einfach, wie man es gerne hätte.Sauerstoff und Hitze verursachen bei der Wiederaufbereitung Kettenschäden, während Lebensmittel und andere Materialien das Polyolefin verunreinigen.Kontinuierliche Fortschritte in der Chemie haben neue Polyolefintypen mit verbesserter Festigkeit und Haltbarkeit hervorgebracht, die sich beim Recycling jedoch nicht immer mit anderen Typen mischen lassen.Darüber hinaus werden Polyolefine in mehrschichtigen Verpackungen häufig mit anderen Materialien kombiniert.Obwohl diese mehrschichtigen Konstrukte gut funktionieren, ist es unmöglich, sie zu recyceln.
Polymere stehen teilweise in der Kritik, dass sie aus immer knapper werdendem Erdöl und Erdgas hergestellt werden.Allerdings ist der Anteil an Erdgas oder Erdöl, der zur Herstellung von Polymeren verwendet wird, sehr gering;Weniger als 5 % des jährlich geförderten Öls oder Erdgases werden zur Herstellung von Kunststoffen verwendet.Darüber hinaus kann Ethylen aus Zuckerrohr-Ethanol hergestellt werden, wie es von Braskem in Brasilien kommerziell durchgeführt wird.
WIE KUNSTSTOFF VERWENDET WIRD
Je nach Region verbrauchen Verpackungen 35 bis 45 % des insgesamt produzierten synthetischen Polymers, wobei Polyolefine dominieren.Polyethylenterephthalat, ein Polyester, dominiert den Markt für Getränkeflaschen und Textilfasern.
Im Baugewerbe werden weitere 20 % der gesamten Polymerproduktion verbraucht, wobei PVC-Rohre und ihre chemischen Verwandten dominieren.PVC-Rohre sind leicht, können geklebt statt gelötet oder geschweißt werden und sind sehr widerstandsfähig gegen die schädlichen Auswirkungen von Chlor im Wasser.Leider erschweren die Chloratome, die PVC diesen Vorteil verleihen, das Recycling sehr – das meiste wird am Ende seiner Lebensdauer entsorgt.
Polyurethane, eine ganze Familie verwandter Polymere, werden häufig zur Schaumisolierung von Häusern und Geräten sowie für Architekturbeschichtungen verwendet.
Im Automobilsektor werden immer mehr Thermoplaste eingesetzt, vor allem um Gewicht zu reduzieren und damit höhere Kraftstoffeffizienzstandards zu erreichen.Die Europäische Union schätzt, dass 16 % des Gewichts eines durchschnittlichen Automobils aus Kunststoffteilen besteht, vor allem für Teile und Komponenten im Innenraum.
Über 70 Millionen Tonnen Thermoplaste pro Jahr werden in Textilien verwendet, hauptsächlich in Bekleidung und Teppichen.Mehr als 90 % der synthetischen Fasern, größtenteils Polyethylenterephthalat, werden in Asien hergestellt.Der zunehmende Einsatz synthetischer Fasern in Kleidung geht zu Lasten von Naturfasern wie Baumwolle und Wolle, deren Produktion erhebliche Mengen Ackerland erfordert.Dank des Interesses an besonderen Eigenschaften wie Dehnbarkeit, Feuchtigkeitstransport und Atmungsaktivität verzeichnet die Kunstfaserindustrie bei Bekleidung und Teppichen ein dramatisches Wachstum.
Ebenso wie Verpackungen werden Textilien üblicherweise nicht recycelt.Der durchschnittliche US-Bürger erzeugt jedes Jahr über 90 Pfund Textilmüll.Laut Greenpeace kaufte der Durchschnittsmensch im Jahr 2016 jedes Jahr 60 % mehr Kleidungsstücke als der Durchschnittsmensch 15 Jahre zuvor und behält die Kleidung kürzer.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 03.07.2023