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Plastik überall! Ein Kunststoff - 1x1

Kein Plastik-Spielzeug für mein Kind! Kunststoff-Verpackungen gehören reduziert! Gemüse mit Plastik-Umhüllung ist ein Unding! Die Meere sind voller Plastikmüll! Mikroplastik umgibt uns überall!

Solche Aussagen, die mir immer wieder begegnen, zeigen, dass der Begriff “Plastik”, oder auch etwas ‘netter’ gesagt “Kunststoff” mehr denn je negativ besetzt ist. Aber sind Kunststoffe wirklich so schlecht für uns und die Welt, wie ihr Image es vermuten lässt?

Sicher ist: Ohne sie geht gar nichts mehr in unserer Alltagswelt. Wo wir auch hinschauen, sind wir von den verschiedenartigsten Kunststoffen umgeben. Allein das ist schon Grund genug, sie hier in Keinsteins Kiste zum Thema zu machen. Und da ein einzelner Artikel diesen allgegenwärtigen Stoffen nicht gerecht werden könnte, habe ich mich entschlossen, in den nächsten Wochen eine ganze Serie rund um Plastik zu bringen. Einschliesslich Experimenten zur Welt der Kunststoffe.

Und die beginnt heute mit einer Übersicht: Was ist eigentlich “Kunststoff”? Welchen Nutzen und welche Schwierigkeiten bringen Kunststoffe mit sich? Welches sind die wichtigsten Kunststoffe unserer Alltagswelt?

Was ist ein Kunststoff?

Ein Kunststoff, auch “Plastik” oder “Plaste” genannt, ist ein Festkörper aus synthetischen oder halbsynthetischen Polymeren mit organischen Gruppen…. Moment, langsam!

“Festkörper” ist ja noch einfach…solch ein Stoff ist eben nicht flüssig oder gasförmig, sondern (bei alltäglichen Temperaturen) fest. Aber:

Was ist ein Polymer?

Ein Polymer ist ein riesenlanges, kettenartiges Molekül (oder eben ein Stoff aus solchen Molekülen). Die Glieder solch eines Kettenmoleküls sind kleine, sich immer wiederholende Atomgruppen. Wie eine Kette aus einzelnen Gliedern zusammen geschmiedet wird, wird auch ein Polymer mittels chemischer Reaktionen aus seinen Einzelgliedern zusammengesetzt.

Ein mögliches solches Einzelglied ist das Molekül Ethen (C2H4), auch Ethylen genannt:

In einer Art Kettenreaktion verbinden sich viele Ethylen-Moleküle zu einer Polymer-Kette. Dieses Polymer heisst deshalb “Polyethylen”.

Jeweils eine der beiden C-C-Bindungen in den Ethylen-Molekülen wird aufgetrennt und die beiden “losen Enden” für die Verknüpfung der Moleküle untereinander verwendet. So entsteht eine beliebig lange Kette aus C2H4-Einheiten mit Einfachbindungen.

Wer hat die Polymere erfunden?

Viele Polymere in der Alltagswelt sind “synthetisch”. Das heisst, sie sind von Chemikern entworfen und in einem Labor bzw. im industriellen Massstab in einer Chemiefabrik hergestellt worden. Auch das Polyethylen gehört zu dieser Sorte.

Polymere erfunden hat hingegen die Natur. Pflanzen bestehen aus grossen Teilen aus Zellulose und speichern ihre Energie in Stärke. Beide Stoffe bestehen aus langen Ketten, die in Pflanzenzellen aus Zucker-Molekülen zusammengebaut werden. Die “Erbsubstanz” DNA besteht aus langen Ketten sogenannter Nukleotide, die sich nur in ihren Seitengruppen, den berühmten DNA-Basen, unterscheiden. Die Abfolge dieser Basen entlang der Kette bildet den Bauplan für Proteine, die ebenfalls Polymere sind: Sie sind lange Ketten aus bis zu 20 verschiedenen Aminosäuren, die zu komplexen Strukturen zusammengefaltet sind.

Es sind also Polymere, die Lebewesen erst zu solchen machen. Und diese “natürlichen” Polymere nennen die Chemiker und Biologen deshalb auch “Biopolymere”.

Nachdem die Natur die Polymere schon erfunden hat, machen sich Polymerchemiker diese Erfindungen zuweilen zu Nutze. Dazu nehmen sie ein Biopolymer und verändern es so, dass seine Eigenschaften schliesslich ihren Wünschen entsprechen. Zellulose reagiert zum Beispiel mit Salpetersäure zu Zellulosenitrat, auch als Schiessbaumwolle bekannt. Mit Campher als Weichmacher wird daraus Zelluloid, das vor allem als Material für Filmstreifen bekannt ist.

Aus Zellulose (links) wird Zellulosenitrat (rechts). In der Praxis wird dazu “Nitriersäure” verwendet, die neben Salpetersäure auch Schwefelsäure enthält.

Da Schiessbaumwolle aber aus gutem Grund so heisst – unbehandelt ist sie explosiv und auch Zelluloid brennt lebhaft – hat man bald Ersatz gefunden – zum Beispiel in Form von Zelluloseacetat, das durch Reaktion von Zellulose mit Essigsäure entsteht.

Diese Art von Polymeren heisst aufgrund ihrer Herstellung “halbsynthetisch”: Den ersten Teil der Arbeit erledigt die Natur, erst der zweite Teil geschieht im Labor bzw. der Chemiefabrik.

Was macht Polymere bzw. Kunststoffe so nützlich?


  • Alltags-Kunststoffe gelten als chemisch und biologisch weitestgehend inert: Das heisst, sie reagieren weder von selbst mit alltäglichen Chemikalien, noch sind solche Reaktionen im Stoffwechsel von Lebewesen möglich. Damit sind diese Polymere als solche sehr gesundheitsverträgliche Materialien für Lebensmittelbehälter und Anwendungen am und im menschlichen Körper (z.B. als Textilien, Kinderspielzeug, Medizinprodukte). Kunststoffe wie Polyethylen fallen zudem kaum der Korrosion zum Opfer, sodass man fast alle anderen Stoffe darin aufbewahren kann.

  • Alltags-Kunststoffe haben eine wesentlich geringere Dichte als Glas oder Keramik, die chemisch ähnlich unangreifbar sind: Kunststoff-Behälter sind sehr leicht. Das gilt auch für Kunststoffbauteile in Fahr- und Flugzeugen: Der Ersatz von Metallteilen durch Kunststoffe verringert den nötigen Treibstoff erheblich!

  • Viele Alltagskunststoffe sind bruchsicher: Fällt eine Kunststoffflasche zu Boden, zerbricht sie gewöhnlich nicht. Es entstehen keine gefährlichen Scherben, der Inhalt bleibt sicher darin. Das macht Kunststoffe nicht nur im Haushalt praktisch, sondern auch zu einem hervorragenden Material für sicheres Kinderspielzeug.

  • Polymere sind während der Kunststoff-Herstellung nahezu beliebig formbar: Man kann praktisch alles daraus herstellen! Bis vor wenigen Jahren bot das Spritzgussverfahren die grösste Vielfalt (weicher bzw. flüssiger Kunststoff wird in eine vorbereitete Form gespritzt – ein “Nabel” verrät bei solchen Teilen oft die Lage der Einspritzstelle). Heute verbreiten sich zunehmend 3D-Drucker, die lange Kunststofffasern zu computergenerierten Formen zusammenschmelzen. Damit sind wesentlich präzisere und feinere Strukturen möglich als mit dem Spritzgussverfahren.

  • Die Herstellung von Kunststoffen ist kostengünstig: Bislang zumindest, denn die meisten Alltagskunststoffe sind Erdölprodukte. Wenn das Erdöl erst einmal knapp wird, werden auch diese Kunststoffe nicht mehr so günstig zu haben sein. Deshalb wird seit Jahrzehnten Recycling betrieben und Wissenschaftler suchen eifrig nach neuen Kunststoffen aus erneuerbaren Rohstoffen oder ebenso erneuerbaren Rohstoffquellen für die gängigen Polymere.

Welche Schwierigkeiten verursachen Kunststoffe?


  • Die für uns so vorteilhafte chemische und biologische Inertheit bedeutet leider auch: Unsere Alltags-Kunststoffe sind so gut wie gar nicht biologisch abbaubar. Die Geister, die wir riefen, werden wir nun also nicht mehr los: Wo immer unsere Kunststoff-Abfälle hingeraten, bleiben sie über lange Zeiträume, vermüllen unsere Umwelt und gefährden ihre Bewohner. Auch das ist ein Grund, weshalb Wissenschaftler fleissig an neuen, besser abbaubaren Kunststoffen forschen und solche zunehmend auf den Markt gebracht werden.

  • Viele ihrer nützlichen Eigenschaften erhalten die Polymere erst durch Zusätze (die Polymerchemiker nennen sie “Additive”). Und diese Zusatzstoffe sind – im Gegensatz zu den eigentlichen Polymeren – oft weniger inert. Zudem bestehen sie aus relativ kleinen Molekülen, sodass sie leicht beweglich sind. Im Zweifelsfall bewegen sie sich aus dem Kunststoff hinaus und in dessen Umgebung – zum Beispiel den Inhalt von Kunststoffbehältern – hinein. Und da wollen wir die reaktionswilligen, im schlimmsten Fall gesundheitsschädlichen Additive absolut nicht haben. Zu den besonders berüchtigten Zusatzstoffen zählen Weichmacher, wie sie in Weich-PVC zu finden sind.

  • Viele Kunststoffe sind nicht besonders lichtbeständig: Intensiver Sonneneinstrahlung ausgesetzt verändern sich viele Kunststoffe früher oder später. Sie verlieren nicht nur ihre Farbe, sondern werden vor allem brüchig. Zugesetzte Lichtschutzmittel sollen diese Entwicklung verlangsamen.

  • Kunststoffe sind mehr oder weniger empfindlich gegenüber Wärme: Die meisten Alltagskunststoffe sind sogenannte Thermoplaste, d.h. sie werden bei höheren Temperaturen weich und verformen sich, ehe sie sich bei noch höheren Temperaturen zersetzen. Bei der Zersetzung können je nach Kunststoff giftige Kleinmoleküle freigesetzt werden. Zugesetzte Wärmestabilisatoren können jedoch dafür sorgen, dass z.B. Küchenbehälter der Temperatur von Gargut (also um die 100°C ) standhalten.

  • Kunststoffe sind brennbar: Wie die allermeisten organischen Verbindungen brennen auch Kunststoffe, wobei nur im besten Fall CO2 entsteht. Viel häufiger sind andere, teils giftige Zersetzungsprodukte, die auch den typischen Gestank eines Kunststoffbrandes mit sich bringen. Zugesetzte Flammschutzmittel sollen insbesondere in Gebäuden und Fahrzeugen verhindern, dass verbaute Kunststoffe in Flammen aufgehen und zum Niederbrennen des Gebäudes führen.

  • Die meisten Kunststoffe werden aus Erdöl, also aus einer endlichen Rohstoffquelle, gewonnen.

Welche Kunststoffe begegnen uns im Alltag?

Polyethylen und Polypropylen (PE bzw. PP)

Diese beiden Polymere bestehen aus chemisch eng miteinander verwandten Kettengliedern. So sind ihre Eigenschaften und damit auch ihre Einsatzgebiete ähnlich. Beide Kunststoffe sind sehr reaktionsträge. Polypropylen bleibt allerdings bis zu höheren Temperaturen fest als Polyethylen. Deshalb sind Küchengefässe meistens aus Polypropylen, während z.B. Medikamentendosen und Laborbehälter, die nicht erhitzt werden sollen, oft aus Polyethylen (“HDPE” – high density PE mit geringfügig höherer Dichte). Auch die durchsichtigen Folienbeutel mit Clip-Verschluss bestehen entweder aus Polypropylen oder Polyethylen (“LDPE” – low density PE mit geringfügig niedrigerer Dichte).

Medikamentendosen, Kosmetikverpackung, Gefrierdose und Folienbeutel aus Polyethylen
Medikamenten- und Kosmetikbehälter sowie der Gefrierdosen-Deckel und die Folienbeutel sind aus Polyethylen. Die Recycling-Symbol mit “04” und “PE-LD” bzw. “02” und “PE-HD” verraten uns das Material.
DVD-Hülle, Gefrierdose und Mehrfachsteckdosengehäuse aus Polypropylen
In die Gefrierdose können nicht nur kalte, sondern auch heisse Speisen gefüllt werden: Sie ist aus hitzebeständigerem Polypropylen. Daraus bestehen auch DVD-Hüllen und das Gehäuse der Mehrfachsteckdose. Das Recyclings-Symbol dafür zeigt “05” und “PP”.

Polyvinylchlorid (PVC)

Wie der Name vermuten lässt, enthält jedes Kettenglied dieses Polymers ein Chlor-Atom. Dadurch ist dieser Kunststoff schwerer entflammbar als viele andere. Wenn er aber einmal brennt, entstehen daraus Chlorwasserstoff (“Salzsäure”) und andere giftige Stoffe. Reines PVC ist hart und spröde und wird für die Herstellung von Fensterrahmen, Rohre und Schallplatten (daher die Bezeichnung “Vinyl-Platten”) verwendet. Durch die Zugabe von Weichmachern kann es elastisch gemacht werden. Dann kommt es z.B. als Kabelumhüllung, Bodenbelag oder in Spielzeugen wie Kunststoffpuppen zum Einsatz. Einige dieser Weichmacher gelten jedoch als gesundheitsschädlich, was PVC gerade im Spielzeugbereich in Verruf gebracht hat (Bild: Beispiele PVC –> erkennbar am Recyclingsymbol)

Kabelummantelungen und Badeente aus PVC
Kabelummantellungen und die Badeente sind aus Weich-PVC. Das Recycling-Symbol für Polyvinylchlorid zeigt “03” und “PVC”.

Polyethylenterephthalat (PET)

Das bekannte Material für Einweg-Getränkeflaschen (“PET-Flaschen”) gehört zur Gruppe der Polyester. Es ist sehr reaktionsträge und bruchsicher, sodass es sich nicht nur für Getränkeflaschen, sondern auch für Textilfasern (zum Beispiel für schnelltrocknende Sportbekleidung) wunderbar eignet. PET lässt sich zudem sehr wirtschaftlich recyceln. Die Schweiz hat ein eigenes Recycling-System dafür: Die blau-gelben Container mit dem PET-Dino sind speziell für die PET-Flaschen gedacht (alle anderen Kunststoffe landen hierzulande nämlich oft über den Restmüll in der Müllverbrennung). (Bild: Beispiele PET mit Recyclingsymbol)

PET-Flaschen, PET-Rohling und Butterdose aus PET
Nicht nur Getränke, sondern auch Reinigungschemikalien und Butter werden in PET-Flaschen verkauft. Aus dem PET-Rohling rechts vorne kann durch Aufblasen des erwärmten Kunststoffs eine PET-Flasche produziert werden. Das Recyclings-Symbol zeigt “01” und “PET”.

Polystyrol (PS), auch bekannt als Styropor

Dieser Kunststoff lässt sich zu extrem leichtem Material aufschäumen (“Quietschpapier”), das wir vor allem als Verpackungsmaterial oder Wärmedämmung kennen. Es gilt als biologisch inert, sodass es auch als Lebensmittelverpackung (z.B. Fleischschalen) zum Einsatz kommt. Polystyrol wird jedoch auch in massiver Form verarbeitet: Dann ist es glasklar und begegnet uns z.B. als Plastikbesteck, CD-Hüllen oder Spielzeug. (Bild: Beispiele Polystyrol –> erkennbar am Recyclingsymbol)

Styropor, CD-Hülle, Joghurtbecher und Plastikbesteck aus Polystyrol
Polystyrol begegnet uns nicht nur als Styropor, sondern auch in Form von CD-Hüllen, Plastikbesteck und Joghurtbechern. Das Recyclings-Symbol zeigt “06” und “PS”.

Polyurethane (PU, PUR)

Diese Kunststoffe lassen sich aufschäumen, sodass wir ihn hauptsächlich als “Schaumstoff” in Polstern, Wärmedämmung oder Putzschwämmen kennen. Auch der gelbe Hartschaum, den man in manchen Gebäuden um Rohrleitungen oder in Fugen findet, ist ein Polyurethan-Kunststoff. In massiverer Form begegnen uns Polyurethane zudem Lacke, Kunstharze oder “Kunstleder” – zum Beispiel als Material für Schläuche oder Fussbälle. (Bild: Beispiele Polyurethane)

Schaumstoffe und Schwamm aus Polyurethan
Schwämme und andere Schaumstoffteile bestehen aus Polyurethanen.

Polyamid (PA)

Diese Bezeichnung kennen wir vor allem von Kleidungsetiketten. Tatsächlich begegnen uns Polyamide (auch das ist eine ganze Kunststoff-Gruppe) meistens als Textilfasern. Berühmte Handelsnahmen solcher Kunstfasern sind “Nylon” und “Perlon”. Auch Zahnbürsten-Borsten, Instrumentensaiten, Kunststoffseile und Angelschnur bestehen aus Polyamiden. In der Schweizer Mundart wird solche Nylonschnur auch als “Silch” bezeichnet.

Sporthose, Küchenbesteck und Zahnbürste aus Polyamid
Nicht nur meine Sporthose, sondern auch das Küchenbesteck und die Borsten der Zahnbürste bestehen aus Polyamiden. Kürzel wie “PA 6” oder “PA 6.6” auf dem Besteck verraten dieses Material.

Polyester

Diese Bezeichnung auf Kleideretiketten ist im Grunde genommen eine recht ungenaue Bezeichnung für eine sehr grosse Familie von chemisch ähnlich hergestellten Kunststoffen. Besonders wichtige Vertreter sind das schon genannte PET, aber auch die Polycarbonate und die Polymilchsäure / Polylactid PLA. Die Polyesterfaserstoffe in Textilien oder Mikrofasern werden kurz als PES bezeichnet. Weitere Familienmitglieder sind Polyesterharze, die im Gegensatz zu den Fasermaterialien nach dem Aushärten stets hart und fest bleiben.

Polycarbonate (PC)

Diese Vertreter der Polyesterfamilie sind besonders hart, schlag- und kratzsicher – und überdies glasklar. Zudem sind sie zwar entflammbar, brennen aber nicht ohne Flamme von aussen weiter. Ihre Herstellung ist allerdings teurer als die anderer Kunststoffe, sodass sie nur dort zum Einsatz kommen, wo andere Kunststoffe nicht hart genug sind: Für CDs, Brillengläser, als Ersatz für Glas, Koffer oder medizinische Einmalprodukte.

CD, DVD und Brillengläser aus Polycarbonat
Aus Polycarbonaten sind vor allem Gegenstände, die kratzfest sein müssen: Zum Beispiel Brillengläser und CDs bzw. DVDs.

Polymilchsäuren oder Polylactide (PLA)

Dieser Vertreter der Polyester besteht aus Kettengliedern, die in jedem Lebewesen vorkommen: Aus Milchsäure bzw. deren Anion “Lactat”. Der Rohstoff für diese Kunststoffe wächst also nach – zum Beispiel in Mikrobenkulturen! Dementsprechend haben Lebewesen auch Enzyme entwickelt, die mit Milchsäureestern umzugehen wissen: PLA ist deshalb biologisch abbaubar. ABER: Dazu sind besondere Umweltbedingungen (u.A. eine erhöhte Temperatur) nötig, die nur in industriellen Kompostieranlagen gegeben sind! Trotzdem verbreiten sich PLA zunehmend, zum Beispiel als Material für Einweggeschirr oder für den 3D-Druck. Auch in “physiologischer Umgebung” in lebenden Körpern werden PLA mit der Zeit abgebaut, sodass sie auch als selbstauflösendes chirurgisches Garn zum Einsatz kommen. Mehr über PLA könnt ihr hier in Keinsteins Kiste nachlesen.

Kautschuke (“Gummi”)

Der Naturkautschuk, der aus Kautschukpflanzen gewonnen wird, ist ein echter Naturstoff, kein Kunststoff. Das gilt auch für das daraus gewonnene Naturlatex – ein Kautschukprodukt (deshalb kann Latex Allerdien auslösen: Es kann – wie viele Naturprodukte – Spuren von allergenen Proteinen enthalten). Haupteinsatzgebiet von Kautschuk ist die Herstellung von Autoreifen. Während der Weltkriege haben Wissenschaftler anhand des natürlichen Vorbilds synthetische Kautschuke – also Kunststoffe – entwickelt, um von den Kautschukplantagen in tropischen Gebieten unabhängig zu sein. Doch in jüngerer Zeit wird ein zunehmender Anteil des Gummibedarfs durch Naturkautschuk gedeckt – mit allen Umweltproblemen, die der Anbau in grossem Massstab mit sich bringt. So sind LKW- und Flugzeugreifen meist aus Naturkautschuk, während PKW-Reifen meist aus Synthesekautschuken bestehen. Spezielle Synthesekautschuke sind überdies das Neopren, aus dem Taucheranzüge bestehen, und der Nitrilkautschuk, aus dem die besonders undurchlässigen blauen Einmalhandschuhe in Labor und Arztpraxis gefertigt sind.

Silikone

Diese Polymere sind Exoten unter den Kunststoffen. Denn ihre Ketten bestehen nicht wie bei den übrigen Kunststoffen aus Kohlenstoff, sondern aus Silizium- und Sauerstoffatomen. Diese besondere Struktur verleiht Silikonen eine besonders gute Verträglichkeit mit unseren Körpergeweben, was sie als Material für Implantate (z.B. “Silikon-Brüste”) und andere Medizinprodukte beliebt macht. Die meisten Silikone im Alltag erscheinen elastisch wie “Gummi”. Deshalb sprechen Fachleute auch von “Silikonkautschuk”. Auch Küchengeräte sowie Schnuller (“Nuggi” in der Schweiz) aus Silikonkautschuk sind weit verbreitet, ebenso wie Fugendichtungsmasse in Badezimmer und Küche.

ABS-Kunststoffe (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere)

Als Copolymere bezeichnet man Polymere, deren Ketten sich aus verschiedenartigen Gliedern zusammensetzen. Damit sind auch DNA und Proteine Copolymere: Erstere bestehen aus 4, zweitere aus 20 verschiedenen Gliedersorten. Die ABS-Kunststoffe bestehen aus 3 grundlegenden Gliedersorten. Sie zeichnen sich durch besondere Schlagzähigkeit aus und lassen sich gut mit Metallen oder anderen Polymeren beschichten. Legosteine und Playmobil bestehen aus ABS-Kunststoffen, und diese Spielzeuge sind ja bekanntlich nahezu “unkaputtbar”. Ausserdem sind ABS-Kunststoffe als Material für Gehäuse von elektronischen Geräten, auch in Autos oder für robuste Teile von Musikinstrumenten und Sportgeräten begehrt.

Legosteine und Blutdruckmessgerät aus ABS-Kunststoff
Legosteine und das Gehäuse des Blutdruckmessgeräts bestehen aus robusten ABS-Kunststoffen. Auf der Innenseite der Batterieklappe des Blutdruckmessgeräts habe ich das Kürzel “ABS” entdeckt, welches auf das Material hinweist.

Fazit

Kunststoffe bestehen aus sogenannten Polymeren – langen Molekülketten aus sich wiederholenden Gliedern – die vollständig oder teilweise im Labor bzw. industriell hergestellt werden. Der Ausgangsstoff für die Herstellung der meisten Kunststoffe ist Erdöl, doch kommen zunehmend Kunststoffe aus anderen, bestenfalls erneuerbaren Rohstoffquellen zum Einsatz.

Die Materialeigenschaften von Kunststoffen lassen sich nahezu nach Wunsch gestalten. Allerdings sind dazu oft Zusatzstoffe (Additive) nötig, die den Kunststoffen einen grossen Teil ihres schlechten Rufs eingebracht haben. Dennoch ist die Welt der Kunststoffe äusserst vielfältig und “Plastik” längst nicht gleich “Plastik”. Es lohnt sich, nicht alle Kunststoffe über einen Kamm zu scheren. Insbesondere, da wir heutzutage kaummehr ohne sie auskommen.

Zu meinen Lieblingskunststoffen zählen wohl Polyethylen (darin kann man wirklich fast alles aufbewahren), die Polylactide (Biokunststoffe sind irgendwie cool) und die ABS-Kunststoffe (fast unkaputtbar…und ich liebe Lego… 😉 ). Welcher ist denn euer Lieblingskunststoff?

Seit April 2019 ist dieser Beitrag Teil der Blogparade “Dein krassestes Müll-Erlebnis” auf www.aktiv-durch-das-leben.de . Denn allein die Recherche für diesen Beitrag als solche war schon krass!

Rauchen schadet der Gesundheit – das weiss jeder, denn es steht schliesslich auf jeder Tabak-Packung. Dass Zigarettenabfälle ebenso der Umwelt schaden, wird dabei jedoch verschwiegen. Und wer kennt sie nicht, die in Bahngleisen, an Strassenrändern, in Parks und an Stränden herumliegenden Zigarettenkippen, die viele Leute achtlos in die Gegend werfen. Selbst in der deutschsprachigen Schweiz findet man sie noch. Und hier sei das achtlose Wegwerfen von Zigarettenkippen innerhalb Europas noch am meisten verpönt.

 

Wie ein winziger Stummel zum Problem wird

Einze Zigarettenkippe ist doch winzig, oder nicht? Die Weltgesundheitsorganisation WHO schätzt das Gewicht eines Filters, 5x5x15mm, auf 0,17g. Was kann so ein kleines Ding schon stören? Die Menge machts: Von 5 bis 6 Billionen (das ist eine 5 oder 6 mit 12 Nullen!) Zigaretten, die weltweit in einem Jahr geraucht werden, landeten laut WHO im Jahr 2014 bis zu 4 Billionen Filter irgendwo in der Gegend – und nicht im vorgesehenen Aschenbehälter. Das sind bis zu 680’000 Tonnen Zigarettenkippen!

Und wir alle wissen, wie abstossend es aussieht, wenn die überall herumliegen. Dabei ist der äussere Eindruck noch das kleinste Problem.

 

Warum gibt es Zigarettenfilter, wenn die so viel Abfall machen?

Bis in die 1950er Jahre bestanden Zigaretten nur aus Tabak und einer Papierhülse, die weitestgehend verbrannten. Dann fand man heraus, dass der Tabakrauch neben dem Nicotin, auf das man es abgesehen hatte, reihenweise (weitere) gesundheitsschädliche Stoffe enthält: Schwermetalle, Verbrennungsrückstände wie aromatische Kohlenwasserstoffe, Teer und viele mehr… und die alle atmeten die Raucher ungehindert ein – und wurden all zu schnell krank davon.

Nun tragen krankmachende Produkte nicht gerade zum guten Ruf eines Industriezweigs bei. Deshalb ersannen die Hersteller eine Vorrichtung, um die gesundheitsschädlichen Stoffe (zumindest teilweise) vom übrigen Rauch abzutrennen, bevor der Raucher ihn einatmet: Einen Filter.

Wie ein Filter funktioniert

Ein Filter ist ein poröses – also ein von winzigen Öffnungen durchzogenes – Material, durch welches der Rauch hindurchströmt. Dabei bleiben bestimmte Partikel – weil sie zu gross für die Öffnungen sind – in dem Material hängen, während kleine Moleküle ungehindert hindurch gelangen können.

Ein ganz einfacher Filter ist das Spielzeugsieb im Sandkasten: Feiner Sand gelangt hindurch, gröbere Kiesel bleiben in den Maschen hängen. Auch ein Kaffeefilter funktioniert so: Wasser mit darin gelösten Farb- und Aromastoffen gelangt hindurch, während die groben Kaffeesatz-Partikel im Filter zurückbleiben.

Das passende Material, um Billionen handliche, möglichst leichte Filter für Zigarettenrauch herzustellen, war seinerzeit und bis heute ein Kunststoff namens Celluloseacetat.

 

Was ist Celluloseacetat?

Cellulose: Ein Naturstoff

Cellulose ist ein Biopolymer, d.h. ein riesenlanges Kettenmolekül, das von Lebewesen hergestellt wird. Und zwar in diesem Fall von Pflanzen. Die speichern nämlich ihre energiereichen Zucker – speziell Glucose, die sie per Fotosynthese herstellen – indem sie die kleinen Zucker-Moleküle zu langen Ketten aneinander knoten: Cellulose ist damit ein Vielfachzucker, ein Polysaccharid. Die Rohform, in welcher Cellulose in der Industrie aus Pflanzen gewonnen wird, ist besser als “Zellstoff” bekannt. Sie dient unter anderem zur Herstellung von Papier.

Ein Ausschnitt aus einem Cellulose-Molekül - dem Rohstoff für die Herstellung von Zigarettenfiltern

Zellulose – ein Biomolekül. Die Zeichnung zeigt ein sich immer wiederholendes Kettenglied.

Es gibt reichlich Mikroorganismen, die sich von lebenden oder toten Pflanzenteilen ernähren. Die leben entweder eigenständig oder besiedeln den Verdauungstrakt verschiedener pflanzenfressender Tiere (und des Menschen!). Dort übernehmen sie für ihre grossen Wirte die Verarbeitung der Cellulose zu verwertbaren Einfach- oder Zweifachzuckern. Damit ist Cellulose gut biologisch abbaubar.

Essigsäure: Ein weiterer Naturstoff kommt dazu

Wenn man die Cellulose aber mit reiner Essigsäure (und einem passenden Katalysator) zusammenbringt, können die Essigsäure-Moleküle mit den OH-Gruppen der Glucose-Ringe in der Cellulose reagieren. Die Reaktion wird Veresterung genannt: Aus einer Säure (hier Essigsäure) und einem Alkohol (ein Stoff mit OH-Gruppen, hier die Cellulose – ja, Zucker sind chemisch gesehen Alkohole) entsteht ein sogenannter Ester.

Chemiker benennen solche Stoffe als [Säure][Alkohol]-Ester (hier so etwas wie “Essigsäurecellulosyl-Ester”) oder als [Alkohol][Salz/Rest der Säure] (hier: “Celluloseacetat” – denn die Salze und andere Verbindungen der Essigsäure heissen “Acetate”). Da die Cellulose an diesem Molekül den Löwenanteil hat, ist der zweite Name treffender. Deshalb hat sich “Celluloseacetat” als Name für diesen Ester allgemein durchgesetzt.

Celluloseacetat: In dieser Ausführung sind zwei von drei OH-Gruppen der Zucker-Ringe mit Essigsäure verestert.

Celluloseacetat für Zigarettenfilter: Zwei von drei OH-Gruppen der Cellulose sind nun mit je einem Essigsäurerest (CH3COO-) verestert.

Je nachdem, wie viele OH-Gruppen der Cellulose so verestert sind, haben die verschiedenen Celluloseacetate leicht unterschiedliche Eigenschaften. Für die Herstellung von Fasern – auch für Zigarettenfilter – eignet sich die Sorte mit zwei von drei veresterten OH-Gruppen pro Glucose-Ring besonders gut.

Aber: Aus zwei Naturstoffen wird ein Kunststoff

Und da auch Essigsäure ein Naturstoff ist, könnte man meinen, Celluloseacetat trage seine Bezeichnung als “Biokunststoff” zu Recht. Es gibt allerdings ein Problem damit:

Die Essigsäurereste an den Zuckerketten sind so sperrig, dass die massgeschneiderten Enzyme von cellulosefressenden Mikroben die Acetylcellulose kaum mehr spalten können. Und da Acetylcellulose ein Kunststoff ist, hält die Natur dafür keine (bekannten) massgeschneiderten Enzyme bereit. Somit hat Acetylcellulose eine unliebsame Eigenschaft mit den Erdölkunststoffen gemein: Sie ist nur schwerlich biologisch abbaubar (das dauert mindestens 15 Jahre, in Salzwasser angeblich sogar bis 400 Jahre!).

Das mag den Herstellern von Textilfasern vielleicht gefallen: Wer möchte schon Kleidung oder Regenschirme, die sich bei Wind und Wetter langsam auflösen? Wenn es um Wegwerfprodukte wie Zigarettenfilter geht, wird die mangelnde oder fehlender Abbaubarkeit aber zum Problem. Denn einmal weggeworfen bleibt so ein Kunststoff viel zu lange unbehelligt liegen.

 

Kann man Celluloseacetat recyceln?

Mit vielen Kunststoffen kann man das. Auch mit Celluloseacetat dürfte das nicht all zu schwer sein. Ester sind nämlich empfindlich gegenüber basischen Stoffen. Eine Base katalysiert nämlich die sogenannte Ester-Verseifung (mit dieser Reaktion wird auch Seife hergestellt, deshalb heisst sie so!) : Aus einem Ester werden in basischer Umgebung wieder Säure und Alkohol – also Essigsäure und Cellulose. Und die mag man voneinander trennen, um die Cellulose weiter abzubauen oder wiederzuverwerten…

Oder man verwendet zur Herstellung von Zigarettenfiltern statt Acetylcellulose einen anderen, biologisch abbaubaren Stoff. Dann müsste man die Billionen von Kippen nicht einmal wieder einsammeln, um sie zu recyceln…

Schön wäre es, wenn das so einfach wäre. Leider wird dabei nicht berücksichtigt, welchem Sinn und Zweck Zigarettenfilter dienen: Die filtern giftige Stoffe aus dem Rauch. Die dann zwangsläufig im Filter hängen. Und die vor dem Recycling da wieder raus zu bringen wäre aufwändig und teuer – und sie in abbaubaren Filtern liegen zu lassen nicht weniger gefährlich.

 

Das eigentliche Problem mit Zigarettenfiltern

… ist somit nicht der Kunststoff, aus dem sie bestehen. Sondern das, was nach dem Rauchen darin ist. Und in Zigarettenrauch lassen sich bis zu 9600 verschiedene Stoffe nachweisen, von welchen laut WHO mindestens 7000 gefährlich sind.

Im Zigarettenfilter bleiben davon vor allem jene hängen, die zu grösseren Partikeln zusammen klumpen und so nicht mehr durch die Poren passen.

Dazu gehören unter anderem

  • Kohlenwasserstoffe (“Teer”: sowohl langkettige, wie man sie auch als Erdölbestandteile kennt, als auch ringförmige (“cyclische”) und aromatische Kohlenwasserstoff, darunter Benzol, Toluol und die ebenso als krebserregend bekannten PAK bzw. PAH (Polyaromatischen Kohlenwasserstoffe bzw. polyaromatic hydrocarbons)
  • Phenol und damit verwandte Stoffe, die ebenfalls zu den aromatischen Verbindungen zählen und giftig sind
  • Nicotin und andere Giftstoffe aus der Gruppe der Alkaloide
  • Schwermetallionen z.B. von Cadmium, Quecksilber, Kupfer, Arsen, Nickel, Blei
  • Rückstände von Pflanzenschutzmitteln (aus dem Tabak-Anbau)
  • Spuren radioaktiver Isotope wie Polonium 210 (die werden von der Tabakpflanze besonders eifrig aus der Luft gesammelt)

 

Neue Zigarette im Vergleich mit Zigarettenkippe: Rückstände aus dem Zigarettenrauch färben den gebrauchten Filter bräunlich.

Links: Filter einer neuen Zigarette – das saubere Zelluloseacetat ist weiss.
Rechts: Filter einer gerauchten Zigarette: Rückstände aus dem Rauch färben den Filter gelblich braun (By Akroti [CC BY-SA 2.5 ], from Wikimedia Commons)

Achtung! Zigarettenfilter halten nicht was sie versprechen!

All diese Stoffe werden vom Zigarettenfilter höchstens zur Hälfte abgefangen, sodass sie auch im eingeatmeten Rauch enthalten sind! Passivraucher bekommen überdies den ungefiltert aufsteigenden Rauch vom anderen Ende der Zigarette mit!

 

Welcher Schaden durch weggeworfene Zigarettenkipppen entsteht

Das ist eine stattliche Liste als Umweltgifte und als gesundheitsschädlich berüchtigter Stoffe. Und sie alle landen tagtäglich dort, wo wir zur Arbeit gehen, wo unsere Kinder spielen, wo wir unsere Ferien geniessen möchten. Und dort will sie wirklich niemand haben. Denn Wind und Wetter ausgesetzt lösen sich die Schadstoffe mit der Zeit aus den Kippen, gelangen in Böden und Gewässer.

Besonders das Nicotin und andere Stoffe aus der Gruppe der Alkaloide sind akut giftig. Und das nicht nur für Kleinlebewesen (deshalb wurde Nicotin als Pflanzenschutzmittel im Ackerbau verwendet, bis es in den 1970er Jahren als zu giftig verboten wurde!). Ebenso können sich kleine Kinder, die Zigarettenkippen finden und verschlucken, daran vergiften.

Schon ein bis drei Kippen können bei Kleinkindern Vergiftungserscheinungen wie Übelkeit, Durchfall und Erbrechen auslösen. Und das passiert gar nicht so selten. Allein der Giftnotruf Berlin hat im Jahr 2008 921 Fälle von verschluckten Tabakabfällen bei Kleinkindern gezählt. Anfang der 2000er Jahre waren es noch rund 260 Fälle im Jahr.

 

Was wird gegen den Sondermüll auf den Strassen getan?

Kein Wunder, treiben Städte, Gemeinden und Tourismusbetriebe einen Riesenaufwand, um die Kippen zu beseitigen. Allein in der “sauberen” Schweiz legen Städte und Gemeinden Jahr für Jahr 55 Millionen Franken nur für das Beseitigen von Zigarettenkippen hin!

Andere Länder greifen zu wahrhaft drakonischen Massnahmen: In Singapur, das wir bald besuchen werden, gibt es schmerzhaft hohe Bussgelder für das Wegwerfen von Zigarettenkippen (und anderen Abfällen). Sogar mit Stockschlägen oder Gefängnisstrafen muss man laut den Reiseinformationen des Eidgenössischen Departements für auswärtige Angelegenheiten EDA rechnen.

Selbst das hilft jedoch nur so lange, wie konsequent überwacht und bestraft wird. Dass viele Stoffe in Zigarettenkippen eigentlich als Sonderabfall entsorgt gehören, ist zu vielen Menschen rund um den Globus nicht bewusst. Auch in Mitteleuropa.

 

Was ihr gegen die Kippenflut tun könnt

  1. Ihr alle könnt dazu beitragen, dass weniger Zigarettenkippen eure Umwelt verdrecken. Und zwar so:
  2. Nicht (mehr) rauchen: Die wirkungsvollste Methode – und sowieso besser für eure Gesundheit. Auch wenn es oft leichter gesagt als getan ist.
  3. Wenn ihr doch (noch) raucht: Nicht dort rauchen, wo Kinder spielen oder ihr die Natur geniessen möchtet
  4. Ganz wichtig: Wenn ihr raucht, entsorgt Asche und Kippen in einen dafür vorgesehenen Abfallbehälter! Werft sie niemals einfach weg!
  5. Wenn ihr dort rauchen möchtet, wo es keine fest angebrachten Aschenbehälter gibt: Nehmt einen verschliessbaren Aschenbecher mit, damit ihr Asche und Kippen später richtig entsorgen könnt!
  6. Wenn ihr andere beobachtet, die ihre Kippen einfach in die Gegend werfen: Weist sie auf die Gefährlichkeit der Zigarettenabfälle und allenfalls vorhandene Ascheimer hin.
  7. Sprecht mit euren Kindern offen und eindringlich darüber, dass auch Zigarettenkippen “richtig giftig” sind. Dass sie nicht in den Mund genommen werden dürfen oder auch nur herumliegen sollten. Im besten Fall bleibt etwas davon hängen, wenn sie später einmal als Jugendliche unter sich sind.
  8. Nehmt die Säuberung “eures” Spielplatzes, Dorfplatzes, Seeufers oder Lieblings-Naherholungsgebietes selbst in die Hand – am besten mit der ganzen Familie. Sammelt herumliegende Kippen ein, um sie ordnungsgemäss zu entsorgen. Nicht vergessen: Schutzhandschuhe tragen!

 

Sind E-Zigaretten eine Lösung für das Kippenproblem?

Warum steht “Steigt auf E-Zigaretten um” nicht auf der Liste oben? Diese handlichen elektrischen Geräte erzeugen Wärme, welche eine Flüssigkeit mit oder ohne Nikotin aus Tabak oder anderen Erzeugnissen zum Verdampfen bringt. Der Dampf kann dann anstelle von Zigarettenrauch eingeatmet werden.

Sollte das nicht alle Probleme mit giftigem Rauch und Kunststoff-Filtern lösen?

Auch E-Zigaretten bestehen aus Kunststoffen, Metallen, Elektronik, enthalten Batterien und müssen mit Patronen – Behältern für die zu verdampfenden “Liquids” – bestückt werden.

Eine E-Zigarette der vierten Generation: ein hochtechnisches Stück Elektronik

Eine E-Zigarette wie diese ist ein hochtechnisches elektronisches Gerät, das aus einer Vielzahl von Stoffen besteht und alle Umweltprobleme von Elektronik und ihrer Herstellung mit sich bringt. (By Jacek Halicki [CC BY-SA 4.0 ], from Wikimedia Commons)

Laut WHO ist der noch junge E-Zigaretten-Markt weitgehend unreguliert. Das heisst vor allem, er ist in seiner Vielfalt unüberschaubar. Viele Produkte sind für den Einweggebrauch bestimmt oder von beschränkter Lebensdauer. Die Zusammensetzung der Liquids unterscheidet sich zudem stark zwischen verschiedenen Marken und Herkunftsländern.

Darüber, was nun wo genutzt wird und welche Folgen für Umwelt und Gesundheit das haben mag, gibt es noch wenig Daten. Und die Vielfalt der Produkte macht einheitliche Aussagen darüber schwer.

Laut WHO sei jedoch abzusehen, dass das Umsatteln von Tabak auf E-Zigaretten das Abfallproblem nicht löst. Dazu müsste sich nämlich erst etwas an der laxen Einstellung der Raucher bzw. Dampfer zur Umweltverschmutzung ändern. An die Stelle der Zigarettenkippen von heute würden sonst leere Liquid-Behälter und Überreste ausgedienter E-Zigaretten treten – mit Resten der Liquids und aller Stoffe, die in den Geräten verarbeitet sein mögen.

Somit ist das Umsteigen auf E-Zigaretten in meinen Augen kein sicherer Weg, um die Umweltbelastung durch “Zigarettenabfälle” zu vermindern. Zumindest keiner, der nicht auch durch umweltbewussten Umgang mit Rauchwaren begangen werden könnte.

 

Fazit

Weggeworfene Zigarettenkippen verschandeln nicht nur den Anblick unserer Umwelt. Sie enthalten überdies eine bunte Sammlung gefährlicher Stoffe, die aus den Filtern in die Umgebung freigesetzt werden. Eine Kippe mag bedeutungslos klein wirken – weltweit kommen aber bis zu 680’000 Tonnen schadstoffbeladener Kippen pro Jahr zusammen!

Der übliche Zigarettenfilter besteht aus dem biologisch schwer abbaubaren Kunststoff Celluloseacetat. Der ist für sich nicht giftig, kann aber über Jahrzehnte in der Umwelt verbleiben. Ein biologisch abbaubarer Ersatzstoff würde sich zwar schneller auflösen, ändert aber an der “Beladung” des Filters mit Schadstoffen nichts. Deshalb sind biologisch abbaubare Zigarettenfilter keine Lösung.

E-Zigaretten sind ebenfalls keine Lösung, so lange das Bewusstsein für die Gefährlichkeit von Rauch- bzw. Dampf-Abfällen fehlt.

Deshalb mein Aufruf an euch: Lasst das Rauchen wie das Dampfen. Und wenn das keine Option ist, entsorgt eure Abfälle dort, wo sie hingehören: In den Aschenbecher bzw. Ascheimer! Und wenn ihr andere dabei beobachtet, wie sie ihre Kippen (oder Liquid-Behälter) achtlos in die Gegend werfen: Weist sie auf die Gefährlichkeit hin!

Und hier der Bericht “Tobacco and its environmental impact” der WHO, 2017 , aus welchem ich die Weltgesundheitsorganisation im Artikel zitiert habe.