Auf Leistung und Langlebigkeit ausgelegt, sind synthetische Kunststoffe als Materialien für den täglichen Gebrauch nicht mehr wegzudenken. Ihre wahllose Entsorgung hat jedoch zu einem akuten Problem der Plastikverschmutzung geführt

Um dieses Problem zu lösen, versucht die Europäische Union nicht nur, ein Kreislaufsystem zur Wiederverwendung, Reparatur und Wiederverwertung von Kunststoffen zu implementieren (Kreislaufwirtschaft), sondern auch um die Herstellung von Kunststoffen aus nachwachsenden Rohstoffen (biobasierte Kunststoffe). Polymilchsäure (PLA) ist einer der vielversprechendsten und am häufigsten verwendeten Polyester dieser Kategorie. Aufgrund seiner flexiblen und vielseitigen Einsatzmöglichkeiten von Einwegbesteck und abbaubaren Nahtmaterialien für starre Verpackungen und Extrusionsbeschichtungen wird die globale Produktionskapazität von PLA bis 2023 voraussichtlich auf 826.000 Tonnen anwachsen. Der dominierende Markt für PLA ist jedoch Lebensmittelverpackung.

PLA ist eine biobasierte Alternative zu fossilem Kunststoff, aber seine Herstellung ist sehr rohstoff- und energieintensiv (2,39 kg Maiskolben, 50 kg Wasser und 54 MJ fossile Energie werden benötigt, um 1 kg PLA zu produzieren). Bei steigender Bevölkerung kann Ackerland für diese nachwachsenden Rohstoffe als Rohstoff für die PLA-Produktion mit dem für die Nahrungsmittelproduktion konkurrieren. Obwohl PLA ein potenzieller Rohstoff mit hohem Volumen ist, gibt es keine Infrastruktur, um PLA getrennt zu sammeln und zu recyceln. Daher gelangt es oft in andere konventionelle Abfallströme, kontaminiert diese und stört die modernen kommunalen Recyclingstrategien.

Forscher des Fraunhofer ICT haben zusammen mit dem Fraunhofer LBF eine Strategie entwickelt, um Post-Consumer-PLA-Abfälle chemisch zu einem Lactatester (Ethyllactat) zu recyceln, der seine kommerziellen Anwendungen in der chemischen Synthese, Magnetbandbeschichtungen, Kunststoff-, Metall-, Holz- und Lebensmittelindustrie findet. Das Verfahren stellt eine wirtschaftlich und ökologisch nachhaltige Recyclingstrategie dar, die in relativ kurzer Zeit (< 20 min) und unter milden Reaktionsbedingungen (< 70°C, Umgebungsdruck). Ein herausragendes Merkmal dieses Systems ist die Verwendung eines konventionellen und kommerzialisierten umweltfreundlichen, organischen Katalysators. Eine weitere Besonderheit dieses Verfahrens ist die Verwendung eines umweltfreundlichen, niedrigsiedenden Lösungsmittels, das in der Lage ist, die PLA-Fraktion aus einem gemischten Kunststoffabfallstrom, der hauptsächlich aus PET und PP besteht, selektiv zu lösen. Dieses flexible Prozessschema ist in der Lage, sowohl reines PLA verschiedener Qualitäten (Total Corbion LX175 und NatureWorks PLA 6032 D) als auch gebrauchte PLA-Becher zu verarbeiten. Der Prozess wurde 2019 vom Labormaßstab auf den technischen Maßstab (15 L) hochskaliert und seine Robustheit wurde durch das Recycling von Post-Consumer-Abfällen demonstriert PLA-Becher , ohne Einfluss auf die Ausbeute des Lactatesters.

Die Produktion von PET und PLA soll bis 2021 steigen, wobei der prozentuale Anstieg von PLA höher ist als der von PET. Aufgrund seiner Anwendung könnte die geschätzte maximale Kontamination von PLA in PET-Abfällen bis 2021 zwischen 0,8% und 8% schwanken. In einem solchen Szenario wären innovative Methoden zur Entfernung von PLA erforderlich, um qualitativ hochwertiges recyceltes PET sicherzustellen. Darüber hinaus bereitet den Herstellern von PLA die enorme Nachfrage nach PLA auf dem Verbrauchermarkt, verbunden mit einem hohen Rohstoff- und Energiebedarf für die Herstellung, große Sorgen. In dieser Situation wird die Umsetzung der oben genannten Strategie nicht nur die wertvolle Polyhydroxysäure auch nach dem Ende ihres konventionellen Lebenszyklus vollständig verwerten, sondern auch einen Mehrwert für die Lieferkette schaffen.

Mit dieser Strategie würde die Anpassung eines Kreislaufwirtschaftsansatzes für die Synthese von Virgin-PLA zu ca. 50% Energieeinsparungen im Vergleich zu herkömmlichen PLA-Produktionsprozessen führen, ausgehend von Maiskolben als Rohstoff. Somit wird weiteres Ackerland (5,7 m2/kg PLA) für den Anbau von Pflanzen für den menschlichen Verzehr oder für die Viehzucht zur Verfügung stehen und damit einen Beitrag zu den UN-Nachhaltigkeitszielen leisten. Dies wird jedoch bei Fraunhofer UMSICHT noch untersucht.

Zusammengefasst sieht das entwickelte Konzept also vor, die Probleme beim Zusammenfluss von chemischem Recycling von PLA und nachhaltiger Produktion von Laktatestern (potenzielle Alternative zu herkömmlichen petrochemischen Lösungsmitteln) unter strikter Einhaltung der Grundlagen der Grünen Chemie zu lösen. Damit legt sie den Grundstein für eine „zirkuläre Bioökonomie“ und kommt sowohl der „Kreislaufwirtschaft“ konventioneller Kunststoffe als auch verschiedenen Elementen entlang der gesamten gesellschaftlichen Wertschöpfungskette zugute.