Untersuchung des biologischen Abbaus von Polymeren

Die zunehmende Anreicherung von Kunststoffabfällen in der Umwelt stellt seit vielen Jahren eine erhebliche Herausforderung dar. Als Lösungsansatz werden biologisch abbaubare Kunststoffe entwickelt, die insbesondere zur Reduzierung des hochkritischen Mikroplastiks beitragen können. Ein wesentliches Einsatzhemmnis bleibt jedoch die häufig lange Verweildauer dieser Materialien in industriellen Kompostieranlagen.

Der Einsatz unserer Prüftechniken ermöglicht die gezielte Entwicklung von Polymeren mit definierter und einstellbarer Abbaurate. Durch die Kombination von Mikrostrukturdiagnostik mit modernen analytischen Methoden zur Untersuchung des biologischen Abbaus wird das Materialverständnis deutlich vertieft und die Produktentwicklung beschleunigt. Materialien lassen sich so gezielt an regulatorische Anforderungen und spezifische Marktbedürfnisse anpassen.
 

Einsatzbereiche

• Materialcharakterisierung und -vergleich
• Unterstützung bei der Rezepturentwicklung
• Qualitätssicherung in der Produktion

Biologischer Abbau

Die biologische Abbaubarkeit von Kunststoffen wird durch verschiedene Normen und Zertifizierungen geregelt. Dabei wird zwischen industriell kompostierbaren Kunststoffen, gartenkompostierbaren Kunststoffen sowie bioabbaubaren Materialien im Boden unterschieden. Zentrales Kriterium ist in der Regel die Abbaugeschwindigkeit unter definierten Temperatur- und Substratbedingungen. Dabei können auch erdölbasierte Kunststoffe die jeweiligen Anforderungen erfüllen.

Kriterien der Kompostierbarkeit von Kunststoffen

Industriell kompostierbar (DIN EN 13432)

• Abbau in industriellen Kompostieranlagen bei 55–60 °C
• Nach 3 Monaten: 90 % Zerfall in Partikel < 2 mm
• Nach 6 Monaten: 90 % biologisch abgebaut
• Nachweis eines ungestörten Pflanzenwachstums im Kompost
• Sämtliche Inhaltsstoffe ökotoxikologisch unbedenklich
• Auch erdölbasierte Kunststoffe können die Anforderungen erfüllen

Gartenkompostierbar:

• Anforderungen analog zur industriellen Kompostierbarkeit
• Abbau bei niedrigeren Temperaturen (< 30 °C)
• Nach 6 Monaten: 90 % Zerfall in Partikel < 2 mm
• Nach 12 Monaten: 90 % biologisch abgebaut

Bioabbaubar im Boden (DIN EN 17033)

• Anforderungen vergleichbar mit industriell kompostierbaren Kunststoffen
• Abbau bei 20–28 °C (bevorzugt 25 °C)
• Nach 24 Monaten: 90 % biologisch abgebaut

Dabei kommen folgende Prüfverfahren zum Einsatz:

Am Fraunhofer IMWS kommen qualitative und quantitative Prüfverfahren zur Charakterisierung des biologischen Abbaus zum Einsatz. Diese lassen sich mit weiterführenden Materialcharakterisierungen kombinieren, die am Institut zur Verfügung stehen, sodass ein umfassendes und tiefgreifendes Materialverständnis aus einer Hand ermöglicht wird.

Respirometer

Der biologische Abbau wird über den biologischen Sauerstoffbedarf (BSB) sowie die Mineralisation anhand der CO₂-Freisetzung bestimmt. Die Kombination beider Kenngrößen erlaubt eine vollständige Bewertung des biologischen Abbauverhaltens sowie eine C‑Bilanzierung.

• Bestimmung des spezifischen Sauerstoffverbrauchs (coulombmetrische Methode) als Funktion der Zeit
• Berechnung des prozentualen biologischen Abbaus
• Ermittlung der CO₂-Freisetzung über Leitfähigkeitsmessung in einer Absorberlösung
• Konstant aerobe Bedingungen ohne O₂-Stress für Mikroorganismen
• Konstante CO₂-Absorption
• Konstanter Druck im geschlossenen System
• Konstante Temperaturführung von 5 °C bis 50 °C (± 0,2 °C)