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Verpackungsmaterialien spielen im täglichen Leben eine entscheidende Rolle, insbesondere bei der Konservierung, Handhabung, dem Versand und der Lagerung von Lebensmitteln. Herkömmliche erdölbasierte Polymere dominieren die Kunststoffverpackungsindustrie, machen 26 % des gesamten Polymerverbrauchs aus und verzeichnen seit 1964 einen erheblichen Produktionsanstieg. Trotz ihrer Funktionalität werfen Kunststoffverpackungen aufgrund von Treibhausgasemissionen und Umweltverschmutzung durch unsachgemäße Entsorgung Bedenken hinsichtlich der Umwelt auf.

Um Umweltherausforderungen zu bewältigen, erforscht die Branche erneuerbare und biologisch abbaubare Alternativen, wie etwa biobasierte Kunststoffe, mit dem Ziel, die Abhängigkeit von nicht erneuerbaren Ressourcen zu verringern und die CO2-Emissionen zu senken. Die Nachfrage nach umweltfreundlichen Lebensmittelverpackungen wird voraussichtlich steigen, da Verbraucher recycelbare und umweltfreundliche Materialien bevorzugen. Es bestehen jedoch weiterhin Unsicherheiten hinsichtlich der Vorteile biobasierter Kunststoffe im Vergleich zu herkömmlichen Kunststoffen.

Die EU-Kommission strebt eine 55-prozentige Wiederverwendung von Kunststoffverpackungen bis 2025 an und strebt an, dass bis 2030 alle Kunststoffe recycelbar oder wiederverwendbar sein sollen, was einem Kreislaufwirtschaftsansatz entspricht. Nachhaltigkeitsbewertungen für Lebensmittelverpackungen sollten Faktoren wie null Treibhausgasemissionen, Recyclingfähigkeit oder Wiederverwendbarkeit, null Deponieabfall, reduzierter Wasserverbrauch, Nutzung erneuerbarer Energien, keine Luftverschmutzung und keine Schädigung der menschlichen Gesundheit berücksichtigen. Trotz der Fortschritte bei alternativen Verpackungen gibt es keine perfekte Lösung, die alle Nachhaltigkeitskriterien erfüllt und gleichzeitig Lebensmittel effektiv konserviert und liefert.

Nachhaltigkeit von Lebensmittelverpackungen

Bei der Nachhaltigkeit von Lebensmittelverpackungen geht es darum, gegenwärtige Bedürfnisse zu erfüllen, ohne die Möglichkeiten zukünftiger Generationen zu gefährden, dasselbe zu tun, wobei der Umweltaspekt besonders im Vordergrund steht. Die Lebensmittelproduktion trägt erheblich zu den Auswirkungen auf die Umwelt bei, 29 % der weltweiten Treibhausgasemissionen sind auf sie zurückzuführen. Um die Umweltauswirkungen und Nachhaltigkeit von Lebensmittelverpackungen zu beurteilen, müssen sowohl die Verpackung als auch das Lebensmittel als Produkt-Verpackungs-Kombination betrachtet werden. Die Ökobilanz (LCA) ist eine Methode zur Bewertung der Umweltauswirkungen einer Produkt-Verpackungs-Kombination während ihres gesamten Lebenszyklus. Dabei werden Faktoren wie Materialbeschaffung, Produktion, Verpackung, Vertrieb und Lebensende berücksichtigt. Für die Durchführung einer Ökobilanz stehen verschiedene Modelle und Richtlinien zur Verfügung, beispielsweise ISO 14040 und das ILCD-Handbuch der Europäischen Kommission. Die Bewertung sollte relevante Auswirkungen und Prozesse mit den höchsten Umweltauswirkungen identifizieren und Leitlinien für System-/Produktverbesserungen liefern. Es ist von entscheidender Bedeutung, die indirekten Umweltauswirkungen der Verpackung auf den Lebenszyklus des Lebensmittelprodukts zu berücksichtigen, insbesondere ihren Einfluss auf die Entstehung von Lebensmittelabfällen, um zu vermeiden, dass Verpackungen empfohlen werden, die aufgrund möglicher Lebensmittelverluste die Gesamtumweltauswirkungen der Lebensmittel-Verpackungs-Kombination erhöhen könnten.

Herstellung von Kunststoffverpackungen

Life Cycle Assessment (LCA)-Studien zeigen, dass biobasierte PLA-Kunststoffe (Polymilchsäure) im Vergleich zu erdölbasierten Kunststoffen grundsätzlich Vorteile beim Klimaschutz und der Schonung fossiler Ressourcen bieten. Eine Metaanalyse von 44 Fällen biobasierter Materialien ergab geringere Umweltauswirkungen in der Kategorie Klimawandel. Allerdings ist die Wahl des Rohstoffs für die Herstellung biobasierter Kunststoffe von entscheidender Bedeutung; Die Verwendung von Biomasse der ersten Generation wie Mais oder Stärke kann mit Nutzpflanzen für den menschlichen Verzehr konkurrieren, während Abfallrohstoffe (zweite Generation) in der Ökobilanz als umweltfreundlicher gelten.

Zu den Umweltauswirkungen biobasierter Materialien gehören neben dem Klimawandel auch die Erschöpfung natürlicher Ressourcen, die Versauerung, die Bildung von photochemischem Ozon, die Eutrophierung, die Toxizität für den Menschen und die Toxizität im Wasser. Die Bewertung zeigt, dass biobasierte Materialien möglicherweise größere Auswirkungen in Kategorien wie Eutrophierung und Abbau der stratosphärischen Ozonschicht haben, wobei es zu Schwankungen bei der Versauerung und der photochemischen Ozonbildung kommt.

Der Vergleich von biobasiertem PE mit erdölbasiertem PE zeigt unterschiedliche Umweltauswirkungen, wobei biobasiertes PE geringere Auswirkungen auf den Klimawandel, Sommersmog und den Verbrauch fossiler Ressourcen aufweist, aber größere Auswirkungen auf das Versauerungspotenzial, die Eutrophierung, die menschliche Toxizität, den Wasserverbrauch usw. Gesamtprimärenergiebedarf und Landnutzung.

Im Hinblick auf das Lebensende wird die Kompostierung von Kunststoffen als eine ökologisch attraktive Option angesehen, allerdings sind nicht alle biobasierten Kunststoffe biologisch abbaubar. Zwar gibt es einige biologisch abbaubare Kunststoffe wie Stärkemischungspolymere und PLA, doch ihr Abbau kann auf Mülldeponien zu erheblichen Treibhausgasemissionen führen. Es ist von entscheidender Bedeutung, die Bedingungen und den Zeitrahmen festzulegen, unter denen eine bestimmte Kunststoffart abgebaut werden kann, da viele eine kontrollierte industrielle Kompostierung erfordern.

Recycling von KunststoffenRecycling gilt als entscheidend für die ökologische Nachhaltigkeit, da es im Allgemeinen geringere Auswirkungen auf den Lebenszyklus hat als die Produktion von Neumaterialien. Allerdings werden nur 14 % des Kunststoffs gesammelt und recycelt, und die meisten recycelten Kunststoffe werden in minderwertige Anwendungen recycelt, was ihre Fähigkeit, in eine weitere Recyclingrunde einzutreten, einschränkt.

Das Potenzial für das Recycling von Kunststoffabfällen in der EU bleibt weitgehend ungenutzt, da die Wiederverwendungs- und Recyclingquoten im Vergleich zu anderen Materialien wie Papier, Glas oder Metallen niedrig sind. Verschiedene Faktoren tragen zu dieser Situation bei, darunter Materialverluste während der Produktnutzung, unsachgemäße Sammlung und Zersetzung während der Verarbeitung (Downcycling), Lageraufbau, Produktdesignhindernisse, unzureichende Abfallinfrastruktur, Kontamination und wirtschaftliche Faktoren.

Das mechanische Recycling, das Sortieren, Mahlen, Waschen und Extrudieren umfasst, ist die gebräuchlichste Methode zum Recycling von Verpackungskunststoffen. Bei mehrschichtigen Lebensmittelverpackungssystemen, die untrennbare Polymere enthalten, ergeben sich jedoch Herausforderungen, und chemische Recyclingtechnologien werden als Alternativen für Materialien vorgeschlagen, die für das mechanische Recycling ungeeignet sind.

Biobasierte Verpackungsmaterialien führen zwar neuartige Polymere ein, erfordern jedoch immer noch Designs für eine verbesserte Recyclingfähigkeit, um den Übergang zu einer Kreislaufwirtschaft zu unterstützen. Kompostierbare Kunststoffe wie PLA stehen in der Recyclinginfrastruktur vor Herausforderungen, da sie schwer von PET zu unterscheiden sind und PET-Rezyklate verunreinigen können, wenn sie nicht effektiv sortiert werden.

Es kann zu Gesundheitsrisiken für den Menschen kommen, wenn Verunreinigungen aus recycelten Kunststoffen in verpackte Lebensmittel gelangen. Zu den potenziellen Verunreinigungen zählen nicht zugelassene Monomere und Zusatzstoffe, Verunreinigungen durch Missbrauch, Non-Food-Verbraucherprodukte, Chemikalien aus anderen Verpackungsmaterialien und solche, die während des Recyclingprozesses hinzugefügt werden. Der Recyclingprozess muss sichere Kontaminationswerte gemäß den EU-Vorschriften gewährleisten, wobei von Fall zu Fall Sicherheitsbewertungen durch die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) durchgeführt werden. Es wurden spezifische Kriterien für das Recycling verschiedener Kunststoffe festgelegt, für eine bessere Sicherheitsbewertung sind jedoch weitere Daten erforderlich, insbesondere für Polymere wie PE und PP.

Die Diskussion um nachhaltige Lebensmittelverpackungen unterstreicht die wachsende Bedeutung von Nachhaltigkeit in der Lebensmittelindustrie. Zu den wichtigsten Überlegungen gehört die Herstellung von Materialien, die sicher, umweltfreundlich und kostengünstig sind und mit erneuerbarer Energie hergestellt werden. Während erdölbasierte Kunststoffe aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften derzeit die Lebensmittelverpackung dominieren, haben Bedenken hinsichtlich der Knappheit fossiler Ressourcen und der Auswirkungen auf die Umwelt, einschließlich CO2-Emissionen, das Interesse an biobasierten Kunststoffen geweckt.

Biobasierte Materialien wie Bio-PET, Bio-PP, Bio-PE, PLA und PHA bieten Alternativen zu erdölbasierten Kunststoffen. Natürliche Biopolymere wie Polysaccharide und Proteine werden auf ihre Häufigkeit, geringe Kosten und biologische Abbaubarkeit hin untersucht. Es bestehen jedoch Herausforderungen wie Hydrophilie und unzureichende Barriereeigenschaften. Die Verbesserung der Produktionseffizienz biobasierter Rohstoffe ist für die Verbesserung der Nachhaltigkeit von entscheidender Bedeutung.

Die Wahl des Ausgangsmaterials ist entscheidend; Rohstoffe der zweiten Generation aus landwirtschaftlichen Abfällen sind vorzuziehen, um Konflikte mit der Lebensmittelproduktion zu vermeiden. Recycling gilt als wesentlich für die Reduzierung der Umweltauswirkungen, wobei mechanisches Recycling die bevorzugte Methode ist. Bei mehrschichtigen Lebensmittelverpackungssystemen ergeben sich Herausforderungen, die sich auf die Recyclingfähigkeit biobasierter Materialien auswirken.

Biologisch abbaubare oder kompostierbare Kunststoffe sind kein Allheilmittel, da die Entsorgung auf Deponien zu Treibhausgasemissionen beiträgt. Die industrielle Kompostierung kann die größten Umweltauswirkungen aufweisen. Der Fokus auf Überlegungen zum Lebensende bei Ökobilanzen legt nahe, dass die Recyclingfähigkeit und nicht die biologische Abbaubarkeit Vorrang haben sollte. Die Gestaltung von Verpackungen im Hinblick auf Recyclingfähigkeit und Kreislaufwirtschaft ist für die langfristige Nachhaltigkeit von entscheidender Bedeutung.

Bei innovativen Kunststoffverpackungsmaterialien, ob biobasiert oder erdölbasiert, sollten Schlüsselparameter für die Nachhaltigkeit im Vordergrund stehen:

• Optimale Barrieren: Materialien sollten über die bestmöglichen Barrieren verfügen, um die Haltbarkeit von Lebensmitteln zu verlängern und Lebensmittelverluste zu minimieren

   

• Recyclingfähigkeit: Verpackungen sollten für mechanisches Recycling konzipiert sein, wobei Monokunststoffmaterialien bevorzugt werden, die beim Recycling funktionelle Eigenschaften und chemische Sicherheit bewahren.

• Effiziente biobasierte Produktion: Biobasierte Materialien sollten effizient aus Rohstoffen der zweiten Generation hergestellt werden, um Konflikte mit der Lebensmittelproduktion zu vermeiden.

• Besorgniserregende Chemikalien: Die Vermeidung schädlicher Chemikalien verringert sowohl die Auswirkungen auf die Umwelt als auch auf die menschliche Gesundheit und senkt gleichzeitig die Kosten für die Abfallbewirtschaftung.

Biobasierte Kunststoffverpackungsmaterialien sind dafür bekannt, dass sie im Vergleich zu herkömmlichen Materialien weniger Auswirkungen auf das Klima haben. Umfassende Ökobilanzen (LCAs) sollten jedoch verschiedene Umweltauswirkungen biobasierter Materialien berücksichtigen. Die gesamten Klima- und Umweltauswirkungen von Verpackungs-/Lebensmittelsystemen sollten über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg bewertet werden, mit dem Ziel, Umweltbelastungen durch durchdachtes Design zu minimieren.

Die Gestaltung nachhaltiger Lebensmittelverpackungen ist eine komplexe Aufgabe, die die Berücksichtigung zahlreicher Parameter erfordert. Ökobilanzen dienen als wertvolle Instrumente zur Quantifizierung und zum Vergleich von Umweltauswirkungen und bieten eine fundierte und ganzheitliche Grundlage für die Entscheidungsfindung zur Verbesserung der Nachhaltigkeit von Lebensmittelverpackungen.

Verweise :

Ana C. Mendes, Gitte Alsing Pedersen, Perspektiven für nachhaltige Lebensmittelverpackungen: – Ist biobasierter Kunststoff eine Lösung, Trends in Food Science & Technology, Band 112, 2021, Seiten 839–846, ISSN 0924–2244, https:// doi.org/10.1016/j.tifs.2021.03.049.