Studiensammlung Übersicht Umweltstudien: Recycling, Bioplastik und Kreislaufwirtschaft in der Wissenschaft

Nach rund 30 Jahren wird das Recycling von Plastikverpackungen hitziger diskutiert denn je. Bei der Initiative Frosch legen wir großen Wert darauf, unsere Aussagen und Meinungen mit wissenschaftlichen Fakten zu untermauern. Hier haben wir einige der interessantesten Studien und Fachbeiträge der letzten Jahre zusammengestellt.

Umweltstudien Recycling

Wie sehr belastet Neuplastik die Umwelt? Wie nachhaltig ist der Einsatz von Recyclat? Und was trägt die Kreislaufwirtschaft zum Umwelt- und Klimaschutz bei? Diesen Fragen gehen diese wissenschaftlichen Studien auf den Grund.

Im Green Paper Circular Economy für Kunststoffe neu denken” formuliert der Round Table des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI) konkrete Handlungsempfehlungen für Politik und Industrie. Ziel ist es, eine konsequente Kreislaufwirtschaft für Plastik aufzubauen. Dafür saßen erstmals Vertreter*innen aus allen Bereichen der Kunststoff-Wertschöpfungskette beisammen. Sie fordern unter anderem, Plastik aus Rohöl nicht weiter steuerlich zu bevorzugen, konsequentes Design für Recycling einzuführen sowie konkurrenzfähige Preise für Plastik-Recyclat.

Paper: Circular Economy für Kunststoffe neue denken

Viele Unternehmen wollen bis 2025 mehr PET-Recyclat in ihren Verpackungen einsetzen. Allerdings gibt es dafür aktuell auf dem Recyclat-Markt nicht genügend Material. Zu diesem Schluss kommt eine Studie der ETH Zürich aus dem Jahr 2022. Wollen alle Firmen ihre geplanten Recycling-Vorhaben umsetzen, müsste die europaweite Produktion von Recycling-PET um mindestens 53 Prozent steigen. Selbst die sofortige Einführung eines europaweiten Pfandsystems für PET-Getränkeflaschen könnte die Materiallücke nicht schließen. Auch Schalen, Folien und andere PET-Verpackungen müssen konsequent gesammelt und hochwertig aufbereitet werden. Ähnlich wie es Deutschland bereits mit dem Gelben Sack tut.

Studie: Why pledges alone will not get plastics recycled: Comparing recyclate production and anticipated demand

In einem Aufsatz für die renommierte Fachzeitschrift „Nature Reviews Materials“ aus dem Jahr 2022 widmen sich Prof. Dr. Klaus Kümmerer und Prof. Dr. Dr. Vânia Zuin Zeidler von der Leuphana Universität Lüneburg dem Design for Recycling auf Polymer-Ebene. Demnach erschwert die Kombination aus steigendem Kunststoffverbrauch und einer riesigen chemischen Vielfalt in Plastikprodukten das sinnvolle Recycling. Es sei daher die Aufgabe von Chemie und Materialwissenschaften, kreislauffähige und optimal wiederverwendbare Polymere zu entwickeln. 

Artikel: Chemistry and materials science for a sustainable circular polymeric economy

Menschengemachte Stoffe wie Plastik gefährden die Stabilität der Erdsysteme. Zu diesem Schluss kommt eine Studie aus dem Jahr 2022, in der ein internationales Forscherteam die Auswirkungen synthetischer Chemikalien und anderer „neuartiger Entitäten“ auf die Umwelt untersucht. Die Menschheit habe bei Umweltschadstoffen wie Kunststoffen, Pestiziden, Industriechemikalien und Pharmazeutika eine planetarische Grenze überschritten, so die Studie. Es gebe überwältigende Beweise für negative Auswirkungen auf die Systeme der Erde und ihr Zusammenspiel, einschließlich biologischer Vielfalt und biogeochemischer Kreisläufe. Die Darstellung bezieht sich auf ein 2009 entwickeltes Modell zur Belastungsfähigkeit der Erde. Es beschreibt neun Grenzen, die den stabilen Zustand des Planeten bestimmen, darunter Treibhausgase, Ozonschicht, Wälder, Süßwasser und Biodiversität. Vier dieser Grenzen waren bereits 2015 überschritten. Mit menschengemachten Stoffen kommt die fünfte Grenze hinzu. Als Gegenmaßnahme empfiehlt die Studie eine weltweite Obergrenze für die Chemikalienproduktion sowie die Umstellung auf Kreislaufwirtschaft und Recycling.

Studie: Outside the Safe Operating Space of the Planetary Boundary for Novel Entities

Die Produktion von Neuplastik schadet dem Klima deutlich stärker als bislang angenommen. Zu diesem alarmierenden Schluss kommt eine Studie aus dem Jahr 2021, in der Forscher*innen der ETH Zürich die globalen Wertschöpfungsketten von Kunststoff untersucht haben. Anders als bislang angenommen, verursacht die Produktion den allergrößten Teil (96 Prozent) des CO2-Fußabdrucks von Plastik. Als Hauptursache für die steigende Klimabelastung durch Kunststoff sieht die Studie den vermehrten Einsatz von Kohlestrom in der Plastikproduktion. Das gilt primär für die boomende Plastikwirtschaft in Schwellenländern wie China, Indien, Indonesien und Südafrika. Dort stammt die benötigte Energie für die Plastikherstellung zum Großteil aus klimaschädlichen Kohlekraftwerken.

Studie: Growing environmental footprint of plastics driven by coal combustion

In Deutschland ist die Kreislauffähigkeit der allermeisten Produkte leider immer noch erschreckend gering. Zu diesem Schluss kommt die im April 2021 veröffentlichte Studie „Sekundärrohstoffe in Deutschland“, die vom Institut für Energie- und Umweltforschung (Ifeu) im Auftrag des Naturschutzbundes Deutschland (NABU) erstellt wurde. Demnach beträgt der Recyclatanteil am gesamten deutschen Rohstoffverbrauch lediglich zwölf Prozent. Und das Schlimmste: Selbst wenn alle kreislauffähigen Produkte in Deutschland tatsächlich recycelt würden, ließe sich dieser Wert gerade mal auf 22 Prozent steigern. Als Referenzmodell nutzt die Studie die sogenannte Circular Material Use Rate (CMU), die in der EU als Indikator für die Kreislaufwirtschaft dient.

Studie: Sekundärrohstoffe in Deutschland

Ist der Einsatz von Altplastik aus dem Gelben Sack für die Herstellung von Kosmetikverpackungen sicher? Wenn ja, welche Rezyklate eignen sich dafür? Welche Prüfungen werden benötigt? Auf diese und weitere Fragen gibt das gerade veröffentlichte Dokument „How to evaluate post-consumer polyolefin recyclates in cosmetic packaging?“ erstmals wissenschaftlich fundierte Antworten. Der Leitfaden ist ein erster Industriestandard für den Einsatz von mechanisch recyceltem Altplastik für Kosmetikverpackungen, der Antworten auf die wichtigsten Fragestellungen liefert und nationalen wie internationalen Recyclingunternehmen und Herstellern zukünftig gleichermaßen weiterhilft.

Studie: How to Evaluate Post-consumer Polyolefin Recyclates in Cosmetic Packaging?

Im Plastikatlas 2019 setzen sich die Heinrich-Böll-Stiftung und der Bund für Umwelt und Naturschutz (BUND) kritisch mit dem Thema Kunststoff auseinander. Die Autoren beleuchten die Machenschaften der internationalen Plastikindustrie und schildern, wie sich Herstellung und Gebrauch von Kunststoff auf Umwelt, Klima und Gesundheit auswirken. Zudem nehmen sie die Wirksamkeit unseres Recyclingsystems unter die Lupe und entzaubern vermeintliche Wunderlösungen wie Bioplastik.

Report: Plastikatlas 2019 – Daten und Fakten über eine Welt voller Kunststoff

In einer Studie aus dem Jahr 2016 hat das Öko-Institut festgestellt, dass Recycling einen wesentlichen Beitrag zum Klimaschutz leistet. Allein das Sammeln und Wiederverwerten von Kunststoffen, Metallen und anderem Leichtverpackungsmaterial über den Gelben Sack erspart der Umwelt jährlich rund 1,9 Millionen Tonnen CO2. Glas- und Papierrecycling bringen zusätzliche Einsparungen von knapp 1,15 Millionen Tonnen pro Jahr. Zusammen ergibt das 3,1 Millionen Tonnen Kohlendioxid, die in Deutschland allein durch Recycling Jahr für Jahr vermieden werden.

Studie: Recycling ist Zukunft – ökologische Leistungen und Potenziale des dualen Systems

In einem Bericht aus dem Jahr 2020 setzen sich die Europäischen Akademien der Wissenschaften (EASAC) mit Kunststoffverpackungen auseinander und betonen die immense Bedeutung der Kreislaufwirtschaft für deren sinnvolle Verwertung. Die Forscherinnen und Forscher fordern handfeste Reformen für den Umgang mit Plastikmüll, darunter konsequentes Design for Recycling, Steuern auf Neuplastik und Mindestquoten für Altplastik in Verpackungen.

Report: Packaging plastics in the circular economy (2020)

In einem Gutachten aus dem Jahr 2019 bewertet das Öko-Institut die Klimafreundlichkeit verschiedener Recyclingverfahren am Beispiel einer 0,5-Liter-Flasche. Ergebnis: Selbst wenn man den gesamten Energieaufwand aller Recyclingprozesse einbezieht, ist Wiederverwertung stets deutlich klimaschonender als die Neuproduktion desselben Materials. Eine recycelte PET-Flasche, die 20 Prozent aufwändig sortiertes Recyclingmaterial aus dem Gelben Sack enthält, ist dabei ebenso klimaschonend wie eine Flasche aus der sortenreinen Einweg-Pfandsammlung.

Studie: Vergleich und Gegenüberstellung verschiedener Recyclingverfahren bezüglich ihrer Aufwendungen und ihrem Nutzen

Durch eine Stichproben-Analyse von 2800 Hausmülltonnen kommt das Umweltbundesamt im Jahr 2020 zu dem Schluss, dass dem Recycling durch falsche Mülltrennung noch immer großen Mengen wertvolles Material verloren gehen. Weil sie nicht im Gelben Sack, sondern in der Restmülltonne entsorgt werden, landen in Deutschland jedes Jahr rund 700.000 Tonnen Verpackungsplastik in der Müllverbrennung.

Studie: Vergleichende Analyse von Siedlungsrestabfällen aus repräsentativen Regionen in Deutschland zur Bestimmung des Anteils an Problemstoffen und verwertbaren Materialien

2019 untersuchte das Öko-Institut im Auftrag des Deutschen Naturschutzbundes (NABU), wieviel Recyclingmaterial durch Müllverbrennung verloren geht. Ergebnis: Viel zu viel. Allein simple Maßnahmen wie die Einhaltung gültiger Abfallgesetze könnten demnach die verbrannte Müllmenge um gut 20 Prozent senken und rund 250.000 Tonnen Verpackungsmüll für das Recycling retten. Zusätzliche Maßnahmen könnten sogar bis zu 1,5 Millionen Tonnen Recyclingmaterial vor der Müllverbrennungsanlage bewahren.

Studie: Kapazitäten der energetischen Verwertung von Abfällen in Deutschland und ihre zukünftige Entwicklung in einer Kreislaufwirtschaft

Umweltstudien Plastikmüll im Meer

Welche Folgen haben Plastik und Mikroplastik für die marinen Ökosysteme? Wie schlimm ist die Lage wirklich und was können wir dagegen tun? Diese wissenschaftlichen Untersuchungen liefern Antworten.

Diese 2022 veröffentlichte Meta-Studie des WWF und des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) liefert den bislang umfassendsten Bericht über die Plastikvermüllung der Meere. Für den Bericht haben die Forschenden die Ergebnisse aus 2592 wissenschaftlichen Untersuchungen zusammengetragen und dokumentieren damit das verheerende Ausmaß, das die Kunststoffbelastung der Weltmeere mittlerweile angenommen hat. Demnach sind fast alle Lebewesen im Meer von Plastikverschmutzung betroffen. Annähernd 90 Prozent der untersuchten Arten nehmen dadurch Schaden. Plastik dringt in sämtliche Nahrungsketten ein und schädigt zudem wichtige marine Ökosysteme, etwa Korallenriffe und Mangroven. Mehrere Meeresregionen, darunter das Mittelmeer, das Ostchinesische und das Gelbe Meer haben bereits kritische Verschmutzungswerte überschritten. Geht die Vermüllung ungebremst weiter, könnte sich die Menge an Meeresplastik bis in 30 Jahren vervierfachen. Selbst bei einem sofortigen Müllstopp verdoppelt sich das Mikroplastik in den Weltmeeren in den kommenden Jahren.

Studie: Die Auswirkungen von Plastikverschmutzung in den Ozeanen auf marine Arten, die biologische Vielfalt und Ökosysteme

In einer internationalen Studie aus dem Jahr 2021 setzen sich Forscher*innen aus Schweden, Norwegen und Deutschland mit der zunehmenden Verschmutzung der Weltmeere durch Plastikmüll auseinander. Die Untersuchung kommt zum Schluss, dass Plastikmüll im Meer eine globale Bedrohung darstellen kann und daher dringend verhindert werden muss. Neben offensichtlichen Schäden für die lokale Tier- und Pflanzenwelt könne die Plastikverschmutzung unter Umständen zu Kettenreaktionen mit weltweiten Folgen führen. Unter anderem könnte sie den Klimawandel beschleunigen. Denn Kunststoff stört die sogenannte Kohlenstoffpumpe der Ozeane: Mikroplastik verzögert das Wachstum von Blaualgen und Phytoplankton, die für gewöhnlich große Mengen CO₂ aus der Atmosphäre aufnehmen und speichern. Die Folgen sind nicht absehbar.

Artikel im Science Magazine: „The global threat from plastic pollution“
Artikel der Universität Stockholm: „Is global plastic pollution nearing an irreversible tipping point?“

Jedes Jahr landen elf Millionen Tonnen Plastikmüll im Meer. Ändern wir nichts an unserem Verhalten, könnten es bis 2040 bereits 29 Millionen sein. Zu diesem Schluss kommt die Untersuchung „Die Plastikwelle stoppen“, die der britische Umwelt-Thinktank Systemiq 2020 gemeinsam mit der Ellen-MacArthur-Foundation und weiteren Partnern veröffentlicht hat. Verhindern ließe sich das laut Studie mit konsequenter Kreislaufwirtschaft und effektivem Recycling: Notwendig seien unter anderem innovative Recyclingtechnologien, recyclingfreundlichere Verpackungen und bessere Müllsammelsysteme.

Studie: Die Plastikwelle stoppen – Eine umfassende Bewertung der Lösungsansätze zur Eindämmung der Plastikverschmutzung der Meere (Kurzfassung)

Plastikmüll aus dem Meer zu fischen und anschließend zu recyceln, ist zwar spektakulär und werbewirksam, aber in Wahrheit sinnlos. Festgestellt hat das eine wissenschaftliche Studie, die das Bremer Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung (ZMT) im Jahr 2020 veröffentlicht hat. Projekte wie „The Ocean Cleanup“ des Niederländers Boyan Slat können demnach nur etwas mehr als 5 Prozent des Plastiks aus dem Meer holen – und dabei schaden die Fangnetze und Maschinen noch den marinen Ökosystemen. Stattdessen empfehlen die Forscherinnen und Forscher, Plastik zu reduzieren, die Produzenten stärker in die Pflicht zu nehmen und Recycling zu fördern.

Studie: The long-term legacy of plastic mass production

Umweltstudien Bioplastik

Ob kompostierbar oder biobasiert: Sogenanntes Bioplastik wird uns seit Jahren als Lösung für die globale Kunststoffkrise präsentiert. Allerdings sieht die Wissenschaft das ganz anders. Ökoheil oder Mogelpackung? Diese Studien reden Klartext.

Im April 2021 veröffentlichten Forscherinnen und Forscher vom Institut für Lebensmittel- und Ressourcenökonomik der Universität Bonn eine Studie, in der sie die weltweiten Auswirkungen der zukünftigen Bioplastikproduktion simulieren. Dafür analysieren sie die Entwicklungen in den fünf großen Produktionsregionen Brasilien, China, EU, USA und Thailand. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die CO2-Fußabdrücke kommerzieller Biokunststoffe sogar noch deutlich größer sind als die Werte, die bislang von Politik und Wissenschaft geschätzt wurden. Die Untersuchung widerspricht damit der populären Annahme, Bioplastik trage zum Klimaschutz bei.

Studie: Metrics on the sustainability of region-specific bioplastics production, considering global land use change effects

Hersteller von Bioplastik behaupten, dass sich ihre Produkte in der Natur abbauen und deshalb keine Umweltschäden verursachen. Ob das wirklich so ist, hat 2019 eine Studie der britischen University of Plymouth untersucht. Die Wissenschaftler Imogen Napper und Richard Thompson setzten kompostierbare Plastikbeutel verschiedenen Umwelteinflüssen aus. Nach drei Jahren waren die Tüten nicht nur nicht zerfallen, sie waren sogar immer noch stabil genug, um ein Füllgewicht von zwei Kilo zu tragen.

Studie: Environmental Deterioration of Biodegradable, Oxo-biodegradable, Compostable, and Conventional Plastic Carrier Bags in the Sea, Soil, and Open-Air Over a 3-Year Period

Im Jahr 2018 ließ das Umweltbundesamt in einem Gutachten unterschiedliche Forschungsarbeiten auswerten, die sich mit der Abbaubarkeit von Biokunststoffen auseinandersetzen. Fazit: Selbst Materialien, die speziell für die Zersetzung entwickelt wurden, können Monate bis Jahre in der Umwelt verbleiben. Ob sie sich im Erdboden, in Salzwasser oder in Süßwasser befinden, spielt dafür kaum eine Rolle.

Studie: Gutachten zur Behandlung biologisch abbaubarer Kunststoffe

In einer Untersuchung aus dem Jahr 2018 befassen sich Forscherinnen und Forscher vom Institut für Lebensmittel- und Ressourcenökonomik der Universität Bonn mit den Umweltauswirkungen der Bioplastikproduktion. Dafür spielen sie mehrere Szenarien durch und kommen zu dem Schluss, dass sich die vermehrte Herstellung von Biokunststoffen negativ auf das Klima auswirken könnte.

Studie: Land use mediated GHG emissions and spillovers from increased consumption of bioplastics

In einer gemeinsamen Forschungsarbeit aus dem Jahr 2020 beschäftige sich das Frankfurter Institut für sozial-ökologische Forschung (ISOE), die Technisch-Naturwissenschaftliche Universität Norwegen und die Goethe-Universität Frankfurt mit der chemischen Zusammensetzung von Bioplastik. Die Untersuchung analysiert 43 Alltagsgegenstände aus Bioplastik, darunter Einweggeschirr, Trinkflaschen und Schokoladenpapier. Mit alarmierendem Ergebnis: Drei Viertel aller untersuchten Produkte enthielten mindestens eine schädliche Chemikalie.

Studie: Are bioplastics and plant-based materials safer than conventional plastics? In vitro toxicity and chemical composition

Umweltstudien Chemisches Recycling

Öl- und Chemiekonzerne trommeln lautstark für das sogenannte chemische Recycling. Dabei weiß die Forschung längst: Das Verfahren ist unausgereift, ineffizient und noch dazu ein echter Klimakiller. Die wissenschaftlichen Belege findet ihr hier.

In einem Positionspapier aus dem Jahr 2022 nimmt der WWF Deutschland Stellung zu sogenanntem chemischem Recycling. Die NGO bewertet das Verfahren äußerst kritisch und bemängelt die immer noch dünne Faktenlage zu Nutzen, Energieaufwand und Ressourcenverbrauch. Insgesamt gingen chemische Recycler nach wie vor zu intransparent mit dem Thema um. Die wenigen verfügbaren Daten ließen allerdings recht deutlich darauf schließen, dass chemisches Recycling der Umwelt und der menschlichen Gesundheit schadet. Besonders in Ländern mit unzureichenden Regulierungen, etwa im globalen Süden, hält der WWF Menschenrechtsverletzung durch chemisches Recycling für möglich. Zudem könnte das Verfahren die Plastikproduktion weiter anfeuern und bisherige Fortschritte bei der Reduzierung von Plastik und bei Design für Recycling untergraben – und somit das wesentlich umweltfreundlichere mechanische Recycling verdrängen.

Positionspapier: WWF-Position “Chemisches Recycling”

In einer wissenschaftlichen Analyse von 2020 beziehen der Forscher Dr. Andrew N. Rollinson und die Forscherin Dr. Jumoke Oladejo Stellung gegen das sogenannte chemische Recycling. Laut ihres Berichts sind chemische Recyclingverfahren umweltschädlich, energieintensiv und weisen zahlreiche technische Mängel auf. Die Autor*innen kommen daher zu dem Schluss, dass Chemie-Recycling keine effektive Form der Altplastikverwertung ist und wegen seines hohen Eigen- und Nebenenergiebedarfs nicht als nachhaltige Technologie infrage kommt. Den vermeintlich guten Ruf des Verfahrens führen sie auf eine verzerrte Berichterstattung zurück. Zusammen mit einem Mangel an unabhängigen Erkenntnissen habe das dazu geführt, dass die Technologie weit über ihren Möglichkeiten dargestellt werde.

Studie: Chemical Recycling: Status, Sustainability, and Environmental Impacts.

Öl- und Chemiekonzerne rühren gerne die Werbetrommel für das sogenannte „chemische Recycling“. Angeblich handele es sich dabei um eine ökologisch sinnvolle und klimaschonende Verwertung von Plastikmüll. Diese Behauptungen wollen die Konzerne regelmäßig mit eigens beauftragten Studien untermauern. Doch wie seriös sind solche Analysen? Um das herauszufinden, haben namhafte Umweltorganisationen, darunter die DHU, der NABU und Zero Waste Europe, konzerneigene Ökobilanzen zur chemischen Verwertung unter die Lupe genommen. Das Ergebnis: Sämtliche Darstellungen sind tendenziös und unglaubwürdig. Ein im Dezember 2020 veröffentlichtes Analysepapier geht systematisch auf Schwachpunkte, Fehler und Falschaussagen ein.

Studie: Die Umweltauswirkungen des chemischen Recyclings von Kunststoffen – Zehn Kritikpunkte an vorliegenden Ökobilanzen

Chemiekonzerne und Plastikhersteller behaupten gerne, die Zukunft des Recyclings liege in der chemischen Verwertung. Das Umweltbundesamt (UBA) ist da ganz anderer Ansicht. In einem 2020 veröffentlichten Hintergrundpapier spricht Deutschlands oberste Umweltbehörde dem chemischen Recycling jeglichen Nutzen ab: Die eingesetzten Technologien seien nicht ausgereift, der ökologische Nutzen wegen des hohen Energieverbrauchs und der entstehenden Schadstoffe mehr als zweifelhaft. Das ganze Verfahren ist so fragwürdig, dass das UBA es nicht als richtiges Recycling anerkennt.

Report: Hintergrund: Chemisches Recycling