Absolut nachhaltige Kreisläufe für Plastik möglich

Veröffentlicht amAutorgh

Eindeutige Antwort: Ja

Eine unter Leitung der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) erstellte und am 06.03.2023 publizierte Untersuchung hat nachgewiesen, dass vollständig nachhaltige Kreisläufe von Kunststoffen möglich sind – Kunststoffkreisläufe, die keinen Raubbau am Planeten Erde betreiben. Dazu braucht es drei Pfeiler: mehr und effizienteres Recycling sowie für die Produktion Biomasse und CO2 aus der Luft.

Plastikmüll am Strand von Havana, Kuba – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft, für Solarify

Die Forschenden haben unter Leitung von André Bardow, Professor für Energie- und Prozesssystemtechnik untersucht, ob sich bei den 14 häufigsten Kunststoffarten, die 90 Prozent der weltweit hergestellten Plastikprodukte ausmachen, die planetaren Belastungsgrenzen einhalten lassen. Diese sind ein Maß für die umfassende Nachhaltigkeit von Prozessen. Neben der Energie- und Klimaproblematik berücksichtigen sie etwa auch Auswirkungen auf Land- und Wasserressourcen, die Ökosysteme und die Biodiversität. Die eindeutige Antwort der Studie lautet: ja.

Das rasante Wachstum der Kunststoffproduktion hat die dreifache Krise des Planeten – Verlust von Lebensraum, Kunststoffverschmutzung und Treibhausgasemissionen – verschärft. Es wurden zirkuläre Strategien für Kunststoffe vorgeschlagen, um Netto-Null-THG-Emissionen zu erreichen. Die Auswirkungen solcher zirkulären Strategien auf die absolute Nachhaltigkeit wurden jedoch noch nicht auf planetarischer Ebene untersucht. Diese Studie verbindet ein Bottom-up-Modell, das sowohl die Produktion als auch die End-of-Life-Behandlung von 90 % der weltweiten Kunststoffe umfasst, mit dem Rahmenwerk der planetarischen Grenzen.

Die Autoren zeigen, dass selbst eine zirkuläre, klimaoptimale Kunststoffindustrie, die aktuelle Recyclingtechnologien mit der Nutzung von Biomasse kombiniert, die Nachhaltigkeitsschwellen um das Vierfache überschreitet. Eine Verbesserung der Recyclingtechnologien und Recyclingraten auf mindestens 75 % in Kombination mit der Nutzung von Biomasse und CO2 in der Kunststoffproduktion kann jedoch zu einem Szenario führen, in dem Kunststoffe im Jahr 2030 den ihnen zugewiesenen sicheren Betriebsraum einhalten. Obwohl dies der Schlüssel zur Nachhaltigkeit und zur Verbesserung der nicht quantifizierten Auswirkungen neuartiger Stoffe auf die Biosphäre ist, kann selbst ein verbessertes Recycling das bis 2050 prognostizierte Wachstum der Kunststoffnachfrage nicht bewältigen. Um eine absolute Nachhaltigkeit von Kunststoffen zu erreichen, ist daher ein grundlegender Wandel unserer Methoden sowohl bei der Herstellung als auch bei der Verwendung von Kunststoffen erforderlich.
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Kunststoffe sind vielseitig, langlebig und billig und daher in unserem modernen Leben allgegenwärtig. Dementsprechend hat sich die Nachfrage nach Kunststoffen in den letzten 20 Jahren verdoppelt und wird sich bis 2050 voraussichtlich nochmals verdoppeln. Leider wird die steigende Nachfrage auch die globale Herausforderung der Kunststoffverschmutzung verschärfen3,4,5. Daher hat sich das Umweltprogramm der Vereinten Nationen vor kurzem verpflichtet, die dreifache planetarische Krise – Verlust von Lebensraum, Umweltverschmutzung durch Kunststoffabfälle und Treibhausgasemissionen aus der Herstellung und Entsorgung von Kunststoffen – zu bekämpfen6. Es wird erwartet, dass die derzeitigen Kunststoffe auf fossiler Basis bis 2050 etwa 15 % des verbleibenden Kohlenstoffbudgets beanspruchen werden. Daher ist die Verringerung der Lebenszyklus-THG-Emissionen von Kunststoffen von entscheidender Bedeutung, um den Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur auf 1,5 °C im Vergleich zum vorindustriellen Zeitalter zu begrenzen.

Mit Kreislauftechnologien wie Kunststoffrecycling, biobasierter Produktion und Kohlenstoffabscheidung und -verwertung (CCU) werden zunehmend verschiedene Optionen zur Verringerung der THG-Emissionen von Kunststoffen entwickelt. Kürzlich wurde beispielsweise gezeigt, dass biobasierte und CCU-basierte Prozesse in Kombination mit Recyclingraten von 94 % zu Kunststoffen mit Netto-Null-THG-Emissionen führen. Daher müssen die weltweiten Recyclingquoten gegenüber den derzeitigen Werten, die auf etwa 23 % geschätzt werden , tatsächlich aber noch niedriger sein könnten, erheblich gesteigert werden. Darüber hinaus sind für die Herstellung von Kunststoffen mit Netto-Null-THG-Emissionen immer noch große Mengen an erneuerbarer Elektrizität und Biomasse erforderlich.

Es hat sich gezeigt, dass die Nutzung von erneuerbarer Elektrizität und Biomasse die Umweltbelastung vom Klimawandel auf andere Umweltauswirkungen verlagert. Insbesondere Studien zur Lebenszyklusanalyse (LCA) haben gezeigt, dass die Herstellung von Biokraftstoffen aus Biomasse die Landnutzung und den Wasserverbrauch intensiviert und dass die für CCU benötigte erneuerbare Energie die Erschöpfung der Bodenschätze verschärfen könnte. Die Verlagerung von Belastungen aufgrund der Nutzung erneuerbarer Ressourcen wurde für verschiedene Industriebereiche festgestellt, z. B. für Energiesysteme, Technologien zur Beseitigung von Kohlendioxid (CO2) und die Chemie- und Kunststoffproduktion. In der bisherigen LCA-Literatur wird jedoch nicht quantifiziert, ob eine Lastenverschiebung die absolute ökologische Nachhaltigkeit (im Folgenden als Nachhaltigkeit bezeichnet) gefährden würde, d. h. die Überschreitung der Tragfähigkeit der Natur.

Zur Bestimmung der absoluten Nachhaltigkeitsschwellen wurde der Rahmen der planetarischen Grenzen vorgeschlagen (siehe 20). Dieser Rahmen definiert globale Grenzen für menschliche Aktivitäten, um eine Destabilisierung des Erdsystems auf planetarer Ebene zu vermeiden. Diese globalen Grenzen definieren gemeinsam den so genannten sicheren Betriebsraum (SOS) und wurden für neun Erdsystemprozesse definiert, darunter der Klimawandel, die Integrität der Biosphäre und die biogeochemischen Flüsse von Stickstoff und Phosphor21. Drei Gruppen haben Methoden entwickelt, um den Rahmen der planetarischen Grenzen mit der Ökobilanz zu verknüpfen und so die Quantifizierung der Nachhaltigkeit zu ermöglichen.

99 Prozent von 492 untersuchten Chemikalien auf fossiler Basis überschreiten planetare Grenzen

In einer neueren Studie wurde der Rahmen der planetarischen Grenzen auf 492 Chemikalien auf fossiler Basis, darunter Monomere und Polymere, angewandt und festgestellt, dass mehr als 99 % der Chemikalien auf fossiler Basis mindestens eine planetarische Grenze überschreiten. Darüber hinaus wurde argumentiert, dass eine Umstellung auf zirkuläre Kunststoffe, die auf Biomasse, CCU und Recycling basieren, den ökologischen Fußabdruck von Kunststoffen positiv beeinflussen könnte26. Es ist jedoch unklar, ob eine klimaoptimale Kunststoffindustrie, die auf Biomasse, CCU und Recycling10 basiert, ihr ökologisches Budget in allen Erdsystemprozessen einhält. Es ist also noch nicht bekannt, ob die Strategien zur Verringerung der Treibhausgasemissionen von Kunststoffen in Bezug auf alle Erdsystemprozesse nachhaltig sind.

In dem Bericht quantifizieren die Autoren die Umweltauswirkungen von Kreislaufkunststoffen im Verhältnis zu ihrem ökologischen Budget. Insbesondere bewerten wir die Nachhaltigkeitsauswirkungen von Treibhausgasminderungsstrategien für Kunststoffe und die Rolle des Kunststoffrecyclings als potenzieller Wegbereiter für nachhaltige Kunststoffe. Zu diesem Zweck werden die Lebenszyklus-Fußabdrücke von Kunststoffen für 2030 berechnet, um die Notwendigkeit eines schnellen Übergangs zu verdeutlichen, und für 2050, um die Herausforderung der wachsenden Kunststoffnachfrage zu bewerten. Die Berechnungen beruhen auf einem Bottom-up-Modell der globalen Kunststoffproduktion und Abfallbehandlung, das den Lebenszyklus von über 90 % der weltweiten Kunststoffe abbildet. Das Modell ermöglicht eine detaillierte Bilanzierung der Massen- und Energieströme in der gesamten Kunststofflieferkette und ermittelt die optimale Wahl der Technologien für ein bestimmtes Ziel, z. B. die Eindämmung des Klimawandels (Einzelheiten siehe Methoden). Wir wenden ökonomische Downscaling-Grundsätze an, um das ökologische Budget für nachhaltige Kunststoffe zu definieren, d. h. den Anteil der SOS der Kunststoffindustrie. Unter der Annahme des ökonomischen Downscaling haben wir festgestellt, dass eine Erhöhung der Recyclingraten allein nicht ausreicht, um nachhaltige Kunststoffe zu produzieren. Außerdem führt die Herstellung von bio- oder CCU-basierten Kunststoffen zu einer nicht nachhaltigen Verlagerung der Lasten vom Klimawandel auf andere planetarische Grenzen. Die gleichzeitige Erhöhung der Recyclingquoten, die Verbesserung der Ausbeute bei Recyclingprozessen und die Umstellung auf eine bio- und CCU-basierte Produktion zeigen jedoch das Potenzial für nachhaltige Kunststoffe im Jahr 2030. Nachhaltige Kunststoffe im Jahr 2050 scheinen jedoch angesichts der aktuellen Prognosen für das Nachfragewachstum außer Reichweite zu sein.

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