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Forschungsprojekt unterstützt Markteinführung nachhaltiger Verpackungen

Entwicklung von Materialien auf Basis erneuerbarer Rohstoffe
Forschungsprojekt unterstützt Markteinführung nachhaltiger Verpackungen

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Im EU-Projekt Mypack wird an Biokunststoffen für die Verpackung von Lebensmitteln geforscht, zum Beispiel an PLA-Materialien Bild: Group Léa Nature SA/Philippe Reutenauer
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In den 27 Ländern der Europäischen Union werden nicht nur jedes Jahr 89 Mio. t Lebensmittel weggeworfen – auch Verpackungsabfälle fallen tonnenweise an. Diesem Trend tritt ein europäisches Forschungsvorhaben entgegen: Im Projekt Mypack treiben Unternehmen und Forschungseinrichtungen, darunter die Uni Hohenheim, die Markteinführung von nachhaltigen Verpackungen auf Basis erneuerbarer Rohstoffe voran, um Lebensmittel- und Verpackungsabfälle zu reduzieren.

Die Erfindung von Kunststoffen hat unsere Welt verändert. Allerdings nicht nur zum Positiven: Plastik findet sich auch da, wo es nichts zu suchen hat – als schwimmende Inseln im Meer oder als Mikroplastik in unserem Essen. Doch nicht nur Kunststoffe, auch Lebensmittel landen tonnenweise im Abfall. Dies ist nicht nur eine Verschwendung von Ressourcen, sondern belastet auch in zunehmendem Maße Mensch und Umwelt.

Deshalb hat sich das Forschungsprojekt Mypack zum Ziel gesetzt, die Markteinführung nachhaltiger Verpackungen zu unterstützen, um sowohl Lebensmittel- als auch Verpackungsabfälle und deren negativen Einfluss auf die Umwelt zu reduzieren. Im Fokus stehen biologisch abbaubare und kompostierbare Verpackungen, Verpackungen aus erneuerbaren Rohstoffen oder spezielle Verpackungen, die etwa durch eine reduzierte Luftdurchlässigkeit die Haltbarkeit von Lebensmitteln verlängern.

Dabei sind die Anwendungsbereiche breit gefächert – von der Verpackung für gebrauchsfertig geschnittenen Salat bis hin zur Herstellung von Schalen für Babynahrung. Doch die Forscher untersuchen nicht nur die Auswirkungen auf die Umwelt und die industrielle Umsetzbarkeit, sondern auch die Akzeptanz durch die Verbraucher.

Verpackungen aus biobasierten Kunststoffen

An der Universität Hohenheim beschäftigt sich das Fachgebiet Konversionstechnologien nachwachsender Rohstoffe von Prof. Dr. Andrea Kruse mit der Frage, welche Alternativen es zu den herkömmlichen Rohstoffen gibt. Doktorand Markus Götz aus ihrem Team erläutert den Ansatz: „Wir suchen nach alternativen Verpackungslösungen, die dafür sorgen, dass Lebensmittel länger frisch und haltbar bleiben, sodass weniger weggeworfen werden muss.“

„Dabei unterstützen wir Unternehmen, die verstärkt Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen einsetzen wollen, und helfen bei der Bewertung. Leider machen diese biobasierten Kunststoffe derzeit noch einen unbedeutenden Teil der weltweiten Kunststoffproduktion aus. Die meisten der heute auf dem Markt befindlichen Kunststoffe werden aus Erdöl hergestellt“, fährt Götz fort.

PEF statt PET: zu 100 % aus nachwachsenden Rohstoffen

So wird auch der häufig für Getränkeflaschen und andere Lebensmittelverpackungen eingesetzte Kunststoff PET (Polyethylenterephthalat) aus Rohöl hergestellt. „Das Ziel besteht darin, das ‚T‘ in PET möglichst weitgehend durch ein ‚F‘ zu ersetzen, wobei das ‚F‘ für ‚Furandicarbonsäure‘ steht. Eine Vorstufe davon, das Hydroxymethylfurfural (HMF), lässt sich beispielsweise aus Chicorée-Wurzelrüben gewinnen, die sonst ungenutzt als Abfall auf dem Kompost oder in der Biogasanlage landen“, erklärt Götz weiter. Aber auch andere kohlehydrathaltige Abfälle aus der Forst- und Landwirtschaft lassen sich verwenden. So entsteht auch keine Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion.

PEF lässt sich also zu 100 % aus nachwachsenden Rohstoffen herstellen. Dabei weist es keine schlechteren Eigenschaften als erdölbasiertes PET auf. Im Gegenteil: Das biobasierte PEF hat eine höhere Gasbarriere als PET, das heißt es verhindert das Eindringen von Sauerstoff in das Lebensmittel viel besser, wodurch beispielsweise die Haltbarkeit von Fleisch deutlich erhöht wird. Umgekehrt bleibt bei kohlensäurehaltigen Getränken das Gas länger in der Flasche, wenn sie aus PEF hergestellt wurde.

Zudem ermöglicht die höhere mechanische Stabilität von PEF die Verwendung dünnerer Folien und Verpackungen. So können Flaschen, die aus PEF hergestellt werden, eine deutlich dünnere Wandstärke als PET-Flaschen haben. Das reduziert nicht nur die Material-, sondern auch die Transportkosten.

Aktuell ist die größte Hürde für den industriellen Einsatz noch die mangelnde Verfügbarkeit dieses Materials. Doch Vorbehalten zur Recyclingfähigkeit von PEF kann Götz begegnen: „PEF ist PET chemisch gesehen so ähnlich, dass beide Materialien gemeinsam recycelt werden können. Es muss vorher keine aufwändige Trennung erfolgen.“

PLA und PEF: Stark im Verbund

Was für PEF noch weitgehend Zukunftsmusik ist, ist für einen anderen Bio-Kunststoff schon Realität: PLA, also Polymilchsäure, wird vom Handel bereits häufig für Lebensmittelverpackungen verwendet. Ebenso wie PEF wird PLA zu 100 % aus nachwachsenden Rohstoffen erzeugt. Die Basis bildet Maisstärke, die chemisch oder biologisch in Milchsäure umgewandelt wird. Die hohe Wasserdampfdurchlässigkeit der Polymilchsäure begrenzt allerdings ihre Einsatzmöglichkeiten im Lebensmittelbereich.

„In Mypack ist es gelungen, eine Verbundfolie aus PLA und PEF herzustellen“, erklärt Götz. „Diese verbindet die Barriereeigenschaften von PEF mit dem vergleichsweise geringen Preis des etablierten PLA. Hier werden die positiven Eigenschaften beider Polymere kombiniert. Dies kann die Markteinführung von PEF beschleunigen, da die hohen Kosten im Moment eine der größten Markteintrittsbarrieren sind.“

Die Verbundfolie ist vergleichbaren konventionellen Kunststoffen sogar überlegen: Bei gleichen Barriereeigenschaften kann sie sogar 30 % dünner und damit leichter sein. „Dies verringert den Materialeinsatz, die Transportkosten und somit auch die Umweltbelastung“, so Götz.

Auch Markteintrittsbarrieren werden einbezogen

Doch damit Biokunststoffe auf dem Markt Fuß fassen können, müssen zunächst die Barrieren identifiziert werden, die den Markteintritt behindern. Diese Aufgabe hat sich das Hohenheimer Forschungszentrum für Bioökonomie auf die Fahnen geschrieben – gemeinsam mit anderen Projektpartnern wie dem Biokunststoffhersteller Novamont und der Europäischen Prüfgesellschaft für Verpackungsrecycling.

„Wir müssen die wichtigsten Treiber in der Biopolymerindustrie erkennen und das rechtliche Umfeld und den Regulierungsrahmen beschreiben“, erklärt Susanne Braun, Leiterin des Forschungszentrums für Bioökonomie. „Außerdem analysieren wir die Einsatzmöglichkeiten von biologisch abbaubaren und kompostierbaren Materialien nach dem Ende ihrer Lebensdauer.“ In Zusammenarbeit mit mehreren beteiligten Partnern aus dem Konsortium hat Tetiana Pavlenko vom Forschungszentrum für Bioökonomie die Spezifikationen zusammengefasst, die zu wichtigen Richtlinien für die Markteinführung neuer Verpackungstechnologien führen sollen.

Außerdem können neue Verpackungsmaterialien am Markt nur erfolgreich sein, wenn sie auch von den Verbraucherinnen und Verbrauchern akzeptiert werden. Deswegen beschäftigt sich ein Teilprojekt von Mypack mit den unterschiedlichen Erwartungen, die verschiedene Verbrauchergruppen an die Nachhaltigkeit, Handhabung sowie Sicherheit und Qualität des Produktes haben. Diesen Aspekt untersucht die Universität Wageningen. Sie ermittelt die Marktchancen auf Verbraucherebene für nachhaltigere Produktverpackungen. Dabei berücksichtigt sie unterschiedliche Verbrauchersegmente, Produktkategorien, Verpackungslösungen und lokale Kontexte.

Weitere Informationen finden Interessierte auf der Homepage von Mypack.

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