Umwelt und Ressourcen: Was hat die Herstellung von Plastik mit dem Gasverbrauch zu tun?

Erdgas ist einer der wichtigsten Rohstoffe für die Industrie. Zu den Hauptverbrauchern gehört die Herstellung von Plastik, auf die fast 22 Prozent des industriellen Gasverbrauchs in der Europäischen Union entfallen. Das entspricht knapp neun Prozent des gesamten Gasbedarfs der Europäischen Union. Der größte Teil davon wird in der Produktion von Kunststoffverpackungen eingesetzt. Durch eine Verringerung dieser Verpackungen um 50 Prozent und das Erhöhen der Recyclingquote auf 90 Prozent ließen sich rund 6,2 Milliarden Kubikmeter an fossilem Gas einsparen. Bis dahin ist es allerdings noch ein weiter Weg.

Wie hängen Gasverbrauch und Kunststoffproduktion zusammen?

Kunststoff zählt zu den derzeit am häufigsten verwendeten Materialien. Die Einsatzgebiete reichen von A wie Automobilindustrie bis zu Z wie Zahnfüllung. Es existieren unterschiedlichste Plastiktypen mit verschiedenen Eigenschaften für jeden erdenklichen Zweck. Vorteile wie die vielseitige Verwendbarkeit und die relativ günstige Herstellung von Plastik führten in den letzten Jahren zu einer regelrechten Kunststoff-Explosion, vor allem in der Verpackungsindustrie. Mittlerweile werden Plastikprodukte jedoch zunehmend kritischer betrachtet. Einerseits kann Kunststoffmüll in der Umwelt großen Schaden anrichten, andererseits sind die Polymere schwer zu recyceln. Ein weiterer Punkt ist die außerordentlich energie- und rohstoffintensive Herstellung von Plastik, bei der neben Erdöl enorme Mengen an Erdgas sowohl als Rohstoff als auch für die erforderlichen Prozesse verbraucht werden. Allein die Produktion von Kunststoffflaschen verschlingt pro Jahr rund 438.000 Tonnen Rohöl und Erdgasflüssigkeiten (natural gas liquids, NGLs) wie Ethan, Butan und Propan.

Warum ist der Gasverbrauch in der Kunststoffproduktion so hoch?

Bei der Herstellung von Plastik wird eine Vielzahl kleiner Bausteine (Monomere) durch verschiedene chemische Reaktionen (Polymerisation, Polykondensation, Polyaddition) schrittweise zu langen Ketten, den Polymeren, aneinandergefügt. Bis in die 1960er Jahre wurden die Monomere in erster Linie aus Kohle gewonnen, heute fast ausschließlich aus Erdöl oder Erdgas. Hinzu kommt, dass in den letzten 20 Jahren die Prozessbeheizung vermehrt von elektrischem Strom auf Gas umgestellt wurde. Trockner für Kunststoffgranulate, Extruder, Spritzgießmaschinen, Temperiergeräte und Thermoschweißmaschinen verbrauchen ebenso Gas wie:

Spezialbrennerleisten zum Behandeln von Kunststoffoberflächen,

Lufttrockner zur Vermeidung von Taupunktunterschreitungen und Kondenswasserbildung an gekühlten Maschinen oder

Wirbelschichten zum Reinigen mit Kunststoffrückständen beschichteter Werkzeuge.

Gegenüber elektrischer Energie bietet Erdgas bei der Herstellung von Plastik den Vorteil, dass es sich ohne Umwandlungsverluste direkt vor Ort nutzen lässt. Damit leistet es durchaus einen Beitrag zum effizienten Energieeinsatz und zur Verminderung der CO₂-Emissionen im Vergleich zu strombeheizten Geräten. Der Umstieg führte aber auch dazu, dass die Kunststoffindustrie in erheblichem Maße von russischem Gas abhängig geworden ist.

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Warum ist es wichtig, den Gasverbrauch zu senken?

Etwa 25 Prozent des europäischen Gasverbrauchs für die Herstellung von Plastik entfallen auf Deutschland, 20 Prozent auf die Niederlande. Weitere Großverbraucher sind Frankreich, Belgien, Spanien, Polen und Italien. Diese sieben Staaten sind zugleich für 77 Prozent der Kunststoffverpackungsabfälle in der Europäischen Union verantwortlich. Laut Eurostat verursacht jeder EU-Bürger jährlich knapp 180 Kilogramm Verpackungsmüll. Deutschland liegt diesbezüglich mit über 225 Kilogramm pro Kopf an der Spitze und besitzt damit eines der größten Potenziale zur Verminderung des Gasverbrauchs innerhalb der EU. Letzteres ist aus zwei Gründen unverzichtbar. Zum einen hat der Überfall Russlands auf die Ukraine ein neues, brutales Licht auf die Abhängigkeit Europas von russischem Gas geworfen. Mit der harten Realität eingeschränkter Lieferungen konfrontiert, verpflichteten sich die EU-Mitgliedsstaaten, ihren Gasverbrauch bis Ende März 2023 um mindestens 15 Prozent zu verringern. Zum anderen wird es angesichts des voranschreitenden globalen Klimawandels immer drängender, fossile Energieträger bei der Herstellung von Plastik und in vielen weiteren Branchen durch nachhaltige Ressourcen zu ersetzen.

Welche energetischen Alternativen gibt es bei der Herstellung von Plastik?

Wichtig war es zunächst, einen adäquaten Ersatz für russisches Erdgas zu finden, um die Produktion am Laufen halten zu können. Entgegen aller Schwarzmalerei hat es Deutschland geschafft, den Wegfall des russischen Gases weitgehend zu kompensieren. Dabei spielten nicht nur erhöhte Importe aus Norwegen, den Niederlanden und Belgien eine große Rolle, sondern auch die Bereitschaft in weiten Teilen der Bevölkerung und der Industrie, Gas und Energie zu sparen. Mittlerweile sind außerdem zwei schwimmende LNG-Terminals in Betrieb, eines in Wilhelmshaven und eines in Lubmin (Stand: 05. März 2023). Ein drittes wird voraussichtlich ab etwa Mitte März in Brunsbüttel Flüssiggas ins Netz einspeisen. Drei weitere sind geplant, zu denen sich zusätzlich drei feste LNG-Terminals an Land gesellen sollen. Bei allem diesbezüglichen Enthusiasmus ist es jedoch unverzichtbar, klimafreundlichere Alternativen für die Herstellung von Plastik zu finden. Möglich wäre beispielsweise ein späterer Umstieg auf „grünen“ Wasserstoff. Aber auch erneuerbare Energien könnten ein guter Ersatz sein, sofern sie in ausreichender Menge und kontinuierlich bereitgestellt werden können.

Wie hoch ist der Energiebedarf bei der Produktion neuer Kunststoffe?

Der fossile Ressourcenverbrauch bei der Herstellung von Plastik hängt in hohem Maße von der Art des Kunststoffs ab. Bei petrochemischen Polymeren sind es zwischen 65 und 120 Megajoule (18 bis 33 kWh) pro Kilogramm, bei biobasierten Kunststoffen 10 bis 70 Megajoule (3 bis 19 kWh) pro Kilogramm. Der Stromverbrauch liegt im Durchschnitt bei 2,03 kWh pro Kilogramm und der Verbrauch an thermischer Energie bei 0,61 kWh pro Kilogramm.

Symbolischer Fisch, geformt aus Kunststoffabfällen

Durch die vermehrte Einbringung von Kunststoffabfällen in Rohstoffkreisläufe ließen sich große Einsparungen erzielen. Doch dieses Potenzial wird noch nicht annähernd ausgenutzt. Nur circa 40 Prozent des in Deutschland anfallenden Plastikmülls werden recycelt, weitere rund fünf Prozent exportiert. Mehr als 50 Prozent der Plastikabfälle dienen in der energetischen Verwertung als Ersatz für Brennstoffe wie Kohle, Gas und Erdöl. Dabei könnten jeder Joghurtbecher und jede Plastiktüte bei der Herstellung von Plastik die Abhängigkeiten von Rohstoff- und Energieträgerimporten mindern, wenn ihre Wiederverwertung sichergestellt wäre.

Wie viel Energie lässt sich durch mechanisches und chemisches Recycling einsparen?

Die meisten Kunststoffe werden derzeit mithilfe mechanischer Verfahren recycelt. Dazu werden sie sortenrein getrennt, gewaschen, eingeschmolzen und zu sogenannten Rezyklaten aufbereitet. Diese dienen als Ausgangsmaterial für neue Produkte und verringern den Bedarf an Polymeren aus Neumaterial. Pro Tonne recyceltem Kunststoff lassen sich damit durchschnittlich etwa 5.800 kWh Energie gegenüber der Herstellung von Plastik in gleicher Menge einsparen. Gleichzeitig fallen im Vergleich zur Verbrennung der Plastikabfälle in einer Müllverbrennungsanlage und deren Ersatz durch Neuware rund 1,26 Tonnen weniger CO₂an. Ein anderer Ansatz ist das chemische Recycling, mit dem es möglich sein soll, Plastik von Additiven oder die verschiedenen Schichten einer Kunststoff-Verbundverpackung voneinander zu trennen.

Allerdings haben chemische Verfahren wie die Solvolyse oder die thermische Depolymerisation einen deutlich höheren Energiebedarf und damit ein geringeres Einsparpotenzial gegenüber der mechanischen Wiederverwertung. Zudem lassen sich bislang noch nicht alle Fragen der Umwelt- und Schadstoffbilanz eindeutig beantworten. Das betrifft insbesondere die Gesundheitsrisiken durch die Emissionen der Anlagen und die Entsorgung und Behandlung von technischen Hilfsmitteln wie Lösemitteln und Katalysatoren. Um eine ökologisch und wirtschaftlich sinnvolle Herstellung von Plastik aus Rezyklaten sicherstellen zu können, bedarf es noch weiterer intensiver Forschungen und Entwicklungen.