LCA–Studie (peer–reviewed) mit Detailanalyse der industriellen PEF–
Produktion und PEF–basierter Flaschen
Das nova–Institut hat eine von unabhängigen Experten begutachtete Lebenszyklusanalyse
(LCA) der PEF(Polyethylenfuranoat)–Anwendungen von Avantium durchgeführt. Die Studie
zeigt eine erhebliche Verringerung von Treibhausgasemissionen durch die Verwendung von
100 % erneuerbarem Kohlenstoff in PEF anstelle von fossilem Kohlenstoff in PET für die
Herstellung von 250– und 500–ml–Flaschen. Avantium plant, die weltweit erste kommerzielle
FDCA–Anlage im Jahr 2024 in Betrieb zu nehmen. FDCA (2,5–Furandicarboxylsäure) ist der
Hauptbestandteil von PEF. Die Studie ist Bestandteil des europäischen PEFerence–Projekts.
CO 2 wird von Pflanzen aufgenommen und am Ende eines Produktlebenszyklus wieder
freigesetzt. Pflanzenbasierter Kohlenstoff hat einen netto–neutralen Einfluss auf die CO 2 –
Konzentration in der Atmosphäre. Im Gegensatz dazu setzen Materialien und Polymere, die auf
fossilem, unterirdischem Kohlenstoff (z. B. Erdöl) basieren, zusätzliches CO 2 in die
Atmosphäre frei.
Das niederländische Unternehmen Avantium hat die YXY ® –Technologie entwickelt, die
pflanzliche Zucker in ein vollständig recycelbares Polymer umwandelt. Das neue, 100 % bio–
basierte Polymer PEF (Polyethylenfuranoat) hat überlegene Eigenschaften im Vergleich zu
PET (Polyethylenterephthalat). Der Hauptbaustein von PEF, FDCA (2,5–Furandicarbonsäure),
kann aus Zuckern (Fruktose), z. B. aus Weizen, Mais und Zuckerrüben, hergestellt werden.
FDCA wird mit pflanzenbasiertem Monoethylenglykol (MEG) polymerisiert. Heraus kommt
ein 100 % pflanzenbasiertes PEF–Polymer. Wenn die Technologie voll entwickelt ist, kann PEF
auch aus Zellulose und damit aus land– und forstwirtschaftlichen Abfallströmen hergestellt
werden. Das derzeitige Verfahren von Avantium basiert auf Stärke aus europäischem Weizen.
PEF hat im Vergleich zu PET verbesserte Barriere–Eigenschaften, es ist mechanisch und
chemisch recycelbar und kann auch im Rahmen des etablierten PET–Recyclings mitrecycelt
werden. PEF hat eine um 12 °C höhere Hitzebeständigkeit als PET, einen um 60 % höheren
Modul und eine höhere Festigkeit als PET. Dies ermöglicht die Entwicklung von leichten
Verpackungen aus PEF mit geringerem Ressourcen–Verbrauch. Avantium hat das innovative,
pflanzliche Verpackungsmaterial bereits im Pilotmaßstab eingesetzt und vor kurzem mit dem
Bau einer FDCA–Flaggschiff–Fabrik mit einer Kapazität von 5.000 Tonnen pro Jahr in Delfzijl
(Die Niederlande) begonnen.
Die von unabhängigen Experten begutachtete Lebenszyklusanalyse (LCA) des nova–Instituts
zeigt, dass PEF im Vergleich zu PET ein erhebliches Potenzial zur Verringerung der
Treibhausgasemissionen und des Verbrauchs fossiler Ressourcen birgt.
Ergebnisse der LCA
Das nova–Institut hat eine vollständige „cradle–to–grave“ Lebenszyklusanalyse (LCA)
durchgeführt, unter der Beachtung der ISO–Normen 14040/44. Ein kritisches Peer–Review der
Studie durch Experten für LCA–Methodik und herkömmliche Verpackungslösungen, bestätigt,
dass die LCA die Anforderungen an Methodik, Daten, Interpretation und Reporting erfüllt.
Die LCA bewertet 16 verschiedene Impact–Kategorien, die alle relevanten Lebenszyklusphasen
abdecken, „von der Wiege bis zur Bahre“. Die vergleichende Analyse zeigt, dass PEF–Flaschen
im Vergleich zu PET–Referenzflaschen zu einer erheblichen Verringerung der
Treibhausgasemissionen führen (–33 %). PEF führt auch zu einem um 45 % geringeren
Verbrauch an endlichen Ressourcen und verringert den Druck auf abiotische Ressourcen
(Mineralien und Metalle) um 47 %, da die mechanischen Eigenschaften von PEF ein geringeres
Verpackungsgewicht ermöglichen. In anderen Impact–Kategorien würden PET–Flaschen
jedoch besser abschneiden als PEF–Flaschen. Das ergibt sich hauptsächlich aus der derzeitigen
Rohstoffquelle. Insgesamt wird ein Vorteil von PEF deutlich, da der Klimawandel und die
Ressourcen–Nutzung zu den wichtigsten Umwelt–Wirkungskategorien auf der aktuellen
politischen Agenda gehören. Sie treiben den Übergang von fossilem zu erneuerbarem
Kohlenstoff voran.
Mehrschichtflaschen
Neben reinen PEF–Flaschen kann PEF auch für mehrschichtige Verpackungen verwendet
werden. Mehrschichtige Flaschen können eine Option sein, wenn die erforderliche Haltbarkeit
durch eine einschichtige Verpackung nicht gewährleistet werden kann. PEF bietet eine gute
passive Barriere für O 2 und CO 2 und könnte potenziell dazu beitragen, den ökologischen
Fußabdruck von Verpackungslösungen zu verringern, indem es die Haltbarkeit von Produkten
verlängert, ein geringeres Verpackungsgewicht ermöglicht und die Recyclingfähigkeit
verbessert.
In der LCA wurden auch 250–ml–Mehrschichtflaschen aus PET und PEF mit einem PEF–Anteil
von 10 % untersucht und mit PET/PA–Referenzflaschen verglichen. Diese hatten einen
üblichen Anteil von 7 % PA (Polyamid). Die Analyse ergab, dass der Ersatz der PA–Schicht
durch PEF zu einer erheblichen Verringerung der Treibhausgasemissionen um etwa 37 % führt,
was hauptsächlich auf die Recyclingfähigkeit des PET/PEF–Systems gegenüber der Nicht–
Recyclingfähigkeit des PA–haltigen Systems zurückzuführen ist. Dieser Materialersatz würde
auch zu einer erheblichen Verringerung des Bedarfs an endlichen Ressourcen beitragen (–37 %
an fossilen Brennstoffen und –52 % an Mineralien und Metallen).
Entwicklungspotenzial
PEF ist ein relativ neues Material und noch nicht kommerziell verfügbar. PET ist ein
herkömmliches Produkt, das seit über 40 Jahren auf dem Markt ist und in großem Maßstab in
einem sehr etablierten, nahezu maximal effizienten Verfahren hergestellt wird. Es ist zu
erwarten, dass die Kommerzialisierung und das Wachstum des PEF–Marktes zu erheblichen
wirtschaftlichen, technologischen und ökologischen Optimierungen in der gesamten
Wertschöpfungskette führen. Der Impact der pflanzlichen Rohstoffe könnte durch eine
Umstellung auf lignozellulosehaltige Rohstoffe, wie Biomasse der zweiten Generation, weiter
verringert werden. Avantium Renewable Polymers testet dies im Rahmen des BBI–JU
PEFerence–Projekts. Es soll bestätigt werden, dass im YXY ® –Verfahren Biomasse der zweiten
Generation verwendet werden kann, sobald diese in ausreichenden Mengen und zu
kommerziellen Preisen verfügbar ist. Eine Aktualisierung der LCA ist anschließend geplant.
Finanzierung
Das PEFerence–Projekt erhält finanzielle Unterstützung der Bio–based Industries Joint
Undertaking (JU) im Rahmen des Forschungs– und Innovationsprogramms Horizon 2020 der
Europäischen Union unter der Finanzhilfevereinbarung Nr. 744409. Die JU wird vom
Forschungs– und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union und dem Bio–
based Industries Consortium unterstützt.
Weitere Informationen über das PEFerence–Projekt sind unter www.peference.eu zu finden.
Ein ausführlicherer Bericht zur LCA ist unter www.renewable–carbon.eu/publications
verfügbar.
