Neue Ansätze für Lebensmittelverpackungen aus nachwachsenden Rohstoffen

Biobasierte Kunststoffe als hochwertige, recyclingfähige Materialien der Zukunft

03.06.2021 - Deutschland

Lebensmittelverpackungen aus biobasierten Kunststoffen gelten als Alternative zu klassischen Kunststoff-Verpackungen, sind bisher jedoch nur unzureichend an deren hohe technische Anforderungen angepasst. Mit der Förderung von vier Forschungsvorhaben will das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) neue Einsatzbereiche für biobasierte Kunststoffe in der Lebensmittelverpackung erschließen.

Kunststoffe sind in der Lebensmittelbranche das wichtigste Verpackungsmittel und leisten einen wichtigen Beitrag gegen Lebensmittelverschwendung. Sie haben ein geringes Gewicht, sind vielfältig einsetzbar und weisen gute Barriere-Eigenschaften auf. Dennoch sind Kunststoffe als Verpackungsmaterial wegen geringer Recycling-Raten, Verschwendung fossiler Ressourcen, Schädigung der Umwelt durch Mikroplastik im Boden und Wasser oder Erhöhung des klimaschädlichen CO2 in der Luft in den letzten Jahren stark in die Kritik geraten.

Als Alternative bieten sich Verpackungen aus biobasierten Kunststoffen an. Sie werden auf Basis nachwachsender Rohstoffe produziert, schonen fossile Ressourcen und erhöhen den CO2-Gehalt der Atmosphäre nicht oder nur in geringem Maße. Aber biobasierte Kunststoffe weisen als Lebensmittelverpackung noch eine Reihe von techno-funktionellen Schwachstellen auf.

Mit dem Förderaufruf „Biobasierte Kunststoffverpackungen für Lebensmittel“ hat das BMEL Forschung und Industrie eingeladen, Ideen zur Verbesserung der Einsatzmöglichkeiten von biobasierten Kunststoffen in der Lebensmittelbranche zu entwickeln. Vier Forschungsansätze sind aus diesem Aufruf hervorgegangen und werden nun vom BMEL über seinen Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) gefördert. Allen gemeinsam ist, dass die Verpackungen einen möglichst hohen biobasierten Anteil haben sollen und dass sie recyclingfähig sein müssen. Außerdem beschäftigen sich alle vier Ansätze mit verpackungstechnisch anspruchsvollen Anwendungsbereichen.

PLA4MAP - PLA-Schalen mit verbesserten Barriereeigenschaften für den Einsatz in MAP-Verpackungskonzepten für sensible Lebensmittel

Sensible Lebensmittel, wie z. B. Wurst, Käse o. ä., werden oft unter einer Schutzgasatmosphäre (Modified Atmosphere Packaging (MAP)) verpackt. Der biobasierte Kunststoff Polylactid (PLA) eignet sich vor allem auf Grund seiner hohen Wasserdampfdurchlässigkeit nicht immer für dieses Verfahren.

Mit PLA4MAP soll ein recyclinggerechtes Verpackungskonzept für MAP-Verpackungen auf Basis von PLA entwickelt werden. Die Verpackung wird aus einer thermogeformten PLA-Schale und einer PLA-Siegelfolie bestehen. Schale und Siegelfolie werden mehrschichtig aufgebaut, um den verschiedenen Anforderungen an die zu verpackenden Lebensmittel und an den Verpackungsprozess gerecht zu werden. Die gesamte Verpackungseinheit soll recyclingfähig sein.

Technologieentwicklung für biobasierte Pouch-Verpackungen

Standbodenbeutel (Pouch-Verpackungen) boomen derzeit am Verpackungsmarkt. Es gibt sie allerdings noch nicht aus biobasierten Kunststoffen. Die drei Projektpartner wollen biobasierte Folien entwickeln und deren Eignung für Pouch-Verpackungen testen. Dafür wird die Herstellung biobasierter Pouch-Verpackungen auf einer speziellen Versuchsanlage untersucht. Vor allem die Siegelung der Nähte, die in einem effizienten und prozesssicheren Produktionsfenster erfolgen muss, stellt eine Herausforderung an das Material dar. Angestrebt wird die Herstellung von Pouch-Verpackungen aus Mono-Folien mit einem möglichst hohen biobasierten Anteil, so dass ein einfaches, werkstoffliches Recycling möglich ist.

Bio2Bottle - Neuartige biologisch abbaubare Flaschen aus Biokunststoffen mit hohem biobasierten Anteil und hoher Barriere

Die aktuell am Markt erhältlichen Biokunststoff-Flaschen weisen verschiedene Nachteile auf: Flaschen aus Polylactid (PLA) sind zu stark wasserdampfdurchlässig und Flaschen aus Bio-PET sind nicht biologisch abbaubar. Vier Partner aus Forschung und Industrie wollen nun Flaschen aus Polyhydroxyalkanoaten (PHA) herstellen. Die PHA-Compounds sollen einfach zu verarbeiten sein sowie eine gute Materialstabilität und hohe Wasserdampfbarriere aufweisen. Außerdem müssen sie CO2- und sauerstoffdurchlässig sein. Um die daraus hergestellten Flaschen auch für mikrobiell anfällige Flüssigkeiten nutzen zu können, müssen sie sich mit Gammastrahlen sterilisieren lassen. Das Material soll recyclingfähig, aber auch biologisch abbaubar sein.

Die PHA-Flaschen sollen zunächst noch nicht für Lebensmittel, sondern für Fensterreinigungsmittel sowie Flüssigprodukte für den biologischen Landbau genutzt werden.

BioPrima - Biobasierte Schrumpffolie als Primärverpackung für Gefrieranwendungen im Lebensmittelbereich

Schrumpffolien ziehen sich bei Hitzeeinwirkung zusammen. Damit legen sie sich wie eine zweite Haut um das Produkt, entweder als Primärschutz, z. B. bei Tiefkühlpizza, oder als Transportschutz, z. B. bei einem Gebinde von Getränkeflaschen. Erste biobasierte Schrumpffolien sind seit einiger Zeit auf dem Markt, eignen sich aber nicht für Tiefkühlanwendungen. Hier setzen die beiden Verbundpartner an. Ausgehend von thermoplastischer Stärke (TPS) wollen sie eine Schrumpffolie mit einem sehr hohen biobasierten Anteil (bis zu 100 %) entwickeln, die tiefkühlfähig ist, großtechnisch verarbeitet werden kann und sowohl biologisch abbaubar als auch recyclingfähig ist.