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Ökologische Wirtschaft

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Specialised paper
Biology

University, School

Schumpeter-Handelsakademie BHAK/BHAS Wien 13

Grade, Teacher, Year

2011, Bechtloff

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Ökologische Chemie
Prüfungsfragen Chemie 1. Welche der folgenden Stoffe können als Umweltchemikali­e bezeichnet werden: a) Salz im Essen b) Methan von Kühen c) [eine 2. Umweltchemikali­e] d) Vitamin C Tablette e) HCl eines Vulkanausbruchs f) ein Pilzgift Der Begriff Umweltchemikali­e bezeichnet Belastungen, deren Vorkommen in der Umwelt durch Eingreifen des Menschen entstanden sind bzw. gefördert wurden. RICHTIG: b-c-f 2. Wie kann man bei Diesel und Benzin-Motoren NOx verringern? 3 Wege Kat (nur Benzin) – Verbrennungstem­p senken, Abgasrückführun­g,…
Thema: Ökologische Differenzierung der Trockengebiete Australiens Inhaltsverzeich­nis­ 1. Australien allgemein und Zonobiome Australiens S. 3 2. Wüsten in Australien S. 4 3. Klimatische Differenzierung S. 6 4. Oberflächenform­en des ariden Australiens S. 8 5. Vegetation S. 11 6. Gründe für die Aridität Australiens S. 14 7. Literatur- und Quellenverzeich­nis­ S. 17 8. Anhang S. 18 1. Australien allgemein und Zonobiome Australiens Australien ist mit ca. 7,7 Millionen km² der kleinste Kontinent der Erde. Er liegt zwischen…

Ökologische Wirtschaft


TEIL 2

Von

Fatih Demirel

Inhalt

Vergleichsbeispiel Ökologische Produktion und Konventionelle Produktion 4

Gründe für ein ökologisches Wirtschaften 7

Ökologische Gründe für eine nachhaltige Entwicklung. 7

Ökonomische Gründe für eine nachhaltige Entwicklung. 8

Gesellschaftliche Gründe für eine nachhaltige Entwicklung. 8

Bedeutung für den Unternehmer 8

Betriebliche Vorsorgemaßnahmen 9

Stoffströme ohne Verluste. 9

Beispiel für einen Stoffstrom ohne Verluste. 9

Umweltschutz mit System . 9

Beispiel für Umweltschutz mit System . 9

Ökoeffiziente Technologien 10

Beispiel für ökoeffiziente Technologien 10

Zukunftsfähige Produkte. 10

Dienstleistung mit Produkten 11

Regionale Vernetzung. 11

Vorteile durch eine regionale Vernetzung. 11

Ökologische Konzepte für die Wirtschaft 12

Die Wirtschaftlichkeit von Biostrategien 12

Nutzung der Sonnenenergie. 13

Kreislaufprozesse und stufenweiser Abbau von Energie. 13

Diversität und Vernetzung. 14

Entwicklung. 14

Bionik. 15

Erfindungen der Natur und ihre technische Umsetzung. 15

Konstruktionsbionik. 15

Verfahrensbionik. 15

Entwicklungsbionik. 16

Biokunststoffe. 16

Kunststoffe aus Stärke, Zellulose, Zuckern und Co. 16

Arten von Biokunststoffen 17

Stärke und Stärkeblends. 17

Zelluloseprodukte. 17

Polymilchsäure (PLA) 18

Polyhydroxybuttersäure (PHB) 18

Weitere Biopolymere. 19

Informationskonzepte. 19

Öko-Zertifizierung und Öko-Audit 19

Standards: ISO 14001 und EMAS 19

Die Umsetzung von ISO 14001 sieht vier Schritte vor: 20

Grundsätzlich kann man Güte- und Prüfsiegel nach folgenden Kriterien bewerten: 21

Umweltbeauftragte. 21

Das österreichische Umweltzeichen 21


Vergleichsbeispiel Ökologische Produktion und Konventionelle Produktion

In der folgenden Tabelle wird der ökologisch relevante Unterschied zweier T-Shirts, eines aus konventioneller und eines aus ideal-ökologischer Produktion, verglichen. Beschrieben werden zwei Extremfälle, um die besten und schlechtesten Möglichkei­ten aufzuzeigen. Die Aufstellung erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit, da in der realen Produktion abweichende Produktionsschritte oder Zusatzstoffe möglich sind.

Ökologische Produktion

Konventionelle Produktion

1. Faserproduktion

Saatgut

Saatgut aus kontrollierter biologischer Saatgutzucht, unbehandelt.

Saatgut wird zur Vorbeugung gegen Bakterien- und Pilzerkrankungen mit or­ganischen Quecksilberverbindungen gebeizt.

Anbau

Fruchtfolge

Monokultur

Baumwolle wird abwechselnd z. B. mit Weizen, Sesam oder Wassermelonen angebaut. Auf diesem Weg werden dem Boden entzogene Nährstoffe wieder zu­geführt.

Baumwolle wird jedes Jahr an der glei­chen Stelle wieder ausgesät.

Natürliche Dünger

Künstliche Düngemittel

Mist, Jauche, Grün- und Strohdünger, beim biologisch-dynamischen Anbau auch noch spezielle Heilpflanzenpräpa­rate.

Natürliche Unkrautbekämpfung

Chemische Unkrautbekämpfung

Jäten.

Natürliche Schädlingsbekämpfung

Chemische Schädlingsbekämpfung

§  Schädlinge werden von Hand ab­gele­sen.

§  Förderung von natürlichen Fein­den.

§  Duftfallen mit Sexuallockstoffen, die männliche Tiere anlocken und un­schädlich machen, sodass keine Vermehrung stattfinden kann.

§  Im Durchschnitt ca. 25-mal im Jahr.

§  Versprühung per Flugzeug.

§  In Dritte-Welt-Ländern erfolgt die Aus­bringung auch noch mit einer Rü­ckenspritze.

Folgen

Hohe Kosten für den Bauern.

Schädigung der Umwelt:

§  Vogelsterben/Fischsterben.

§  Anpassung der Schädlinge an die Gifte – dadurch müssen immer mehr und neue Pestizide einge­setzt wer­den.

§  Ausgelaugte Böden.

§  Grundwasserbelastung.

§  Anreicherung von Giften.

Schäden für die Menschen, besonders in Dritte-Welt-Ländern, wo oft aus Un­kenntnis keine Schutzmaßnahmen ge­troffen werden und es deshalb zu Ver­giftungen kommt.

Ernte

Handgepflückt

Maschinelle Ernte

Zwei bis drei Durchgänge, da Baumwoll­kapseln unterschiedlich reif werden nur die reifen Kapseln gepflückt werden.

Das Entlaubungsmittel bewirkt das vor­zeitige Welken und Abfallen der Blätter. Dies ruft eine künstliche, gleichzeitige Reife der Baumwollkapseln hervor. Die Ernte wird in einem Durchgang mit Ma­schinen eingeholt.

Vorteile

Sehr saubere und hochwertige Roh­baumwolle, da nur reife Kapseln ge­pflückt werden.

Es geht sehr schnell – eine Stunde ma­schinelle Ernte entspricht der körperli­chen Arbeit von 20 Pflückerinnen bzw. Pflückern pro Tag.

Nachteile

Hoher Arbeits- und Zeitaufwand

Weiterer Einsatz von Chemikalien, die Mensch und Umwelt belasten; Baum­wolle weist starke Verunreinigungen auf, da die Maschinen nicht selektieren und auch Blatt- und Astreste ergreifen.

2. Textilerzeugung

Spinnen

Spinnpräparation (Schmälze) auf Wachsbasis, um die Fäden für das in­dustrielle Spinnen geschmeidiger und gleitfähiger zu machen.

Einsatz synthetischer Spinnpräparatio­nen, die z. T. biologisch schlecht abbau­bar sind.

Moderne Spinnereien

Schutz der Arbeiter durch Luftreinigung und Lärmdämmung; der hohe Faseran­teil in der Raumluft muss abgesaugt werden, um gesundheitliche Schäden der Mitarbeiter zu verhindern.

Spinnereien ohne Luftreinigung

Es kann zur Ausbildung der sogenannten Staublunge bei den Arbeitern kommen.

Stricken

Verstricken von rechts- und links ge­drehten Garnen. Das T-Shirt verzieht sich dadurch auch nach häufigem Wa­schen nicht.

Nur rechts- oder linksgedrehte Garne werden verstrickt.

Die Nähte können sich beim Waschen verziehen.

3. Textilveredelung

Bleichen

In der Regel nicht notwendig, da das Rohmaterial sehr sauber ist.

Bleiche als Standardverfahren für alle Artikel.

Sauerstoffbleiche

Umweltverträglichste Alternative, aber noch nicht optimal.

Natriumchlorid

Chlorgasverbindungen können entste­hen, die Menschen und Umwelt schädi­gen.

Optische Aufheller

Können Allergien beim Träger auslösen.

Färben und Drucken

Verwendung von:

§  Farbstoffen ohne Schwermetallver­unreinigungen,

§  nicht krebserregenden Farbstof­fen,

§  nicht allergenen Farbstoffen.


Optimiertes Färbeverfahren:

§  hohe Ausnutzbarkeit der Farbe,

§  Klärung des Abwassers.

Farbstoffe und Hilfsmittel sind verant­wortlich für:

§  Schäden beim Menschen (Aller­gien, Hauterkrankungen beim Träger oder Lungenerkrankungen beim Färber);

§  Umweltschäden durch große Men­gen schadstoffhaltiger Farb­rückstände;

§  Abwasserverunreinigungen durch schlechte oder keine Klärung des Wassers, z. B. in Dritte-Welt-Län­dern.

Ausrüstung

Mechanisch

Chemisch

Sanforisieren (der Stoff wird mit trocke­ner Hitze so behandelt, dass er beim späteren Waschen nicht mehr oder nur geringfügig einläuft).

Verringerung des Einlaufens und des Knitterns durch Formaldehydharze

Mögliche Folgen sind: Hautallergien, Reizungen der Bindehaut, Hautkrank­heiten.

Merzerisieren (Behandlung der Baum­wolle mit konzentrierter Natronlauge, die den Glanz und die Reißfestigkeit der Fa­ser erhöht)

Folge: Umweltbelastung durch Natron­lauge.

Weichmachen

Folgen: evtl. Allergien beim Träger, Um­weltschäden.

4. Bekleidungsherstellung

Nähen

Mit Baumwollgarn und Baumwollschul­terband.

Polyestergarn und Polyesterschulter­band.

Eine mechanische Reizung der Haut ist möglich.

5. Vertrieb

Verpackung

Papierbanderole

Kunststoffverpackung

6. Gebrauch und Pflege

Verantwortung jedes einzelnen Verbrauchers

Waschen

§  Waschmittel im Baukastensystem.

§  Kein Weichspüler.

§  Wäsche wird auf der Leine ge­trock­net.

§  Kompaktwaschmittel.

§  Weichspüler.

§  Wäschetrockner.

7. Entsorgung

§  Verrottbar.

§  Nur teilweise verrottbar.

§  Je nach Behandlung Schadstoffe im Boden.

Gründe für ein ökologisches Wirtschaften

Ökologische Gründe für eine nachhaltige Entwicklung

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§  Die Erhaltung des atmosphärischen Gleichgewichts ist Voraussetzung jeder zu­kunftsfähigen Entwicklung.

§  Die dauerhafte Sicherung ökologisch intakter Naturstrukturen gewährleistet den natürlichen Ausgleich anthropogener[1] Nutzungseingriffe.

§  Die Reduktion der auf den Naturhaushalt wirkenden Belastungen verringert das ökologische Risiko.

§  Eine nachhaltige Entwicklung sichert die Ressourcenverfügbarkeit auf Dauer.

Ökonomische Gründe für eine nachhaltige Entwicklung

§  Vorsorge ist billiger; die Kosten der ökologischen Vorsorge stehen gegenüber den Nachsorgekosten im Verhältnis von mindestens 1 : 3.

§  Durch die Ressourceneinsparung verbilligt sich die Herstellung der Produkte, was die Wettbewerbsfähigkeit fördert.

§  Nachhaltiges Wirtschaften ist mit einem positiven Image für die Betriebe verbun­den.

§  Nachhaltige unternehmerische Innovationen eröffnen Marktchancen.

§  Nachhaltige Entwicklung sichert die Zukunft des Betriebes.

Gesellschaftliche Gründe für eine nachhaltige Entwicklung

§  Nachhaltige Entwicklung gewährleistet dauerhafte Lebensqualität.

§  Sie dient der Sicherung und Schaffung von dauerhaften Arbeitsplätzen.

§  Sie ist eine Voraussetzung für soziale und politische Stabilität.

Bedeutung für den Unternehmer

Das Prinzip der Nachhaltigkeit ist eine Stabilitätsgrundlage für sozioökonomische Systeme. Die Unternehmen sind Elemente dieses Gesamtsystems. Sie können zur Stabilität des Systems beitrage, sind jedoch umgekehrt auch von diesem abhängig.

Nachhaltiges Unternehmen bedeutet:

§  Ökologisch verträgliche Gestaltung der Produkte und/oder Dienstleistungen,

§  Entwicklung und Einsatz integrierter, nachhaltiger Technologien,

§  Einbindung des Unternehmens in regionale Wirtschaftskreisläufe,

§  hohe Wertschöpfung durch Arbeitsleistung,

§  gesundheitsbewusste Arbeitsplatzgestaltung.

Betriebliche Vorsorgemaßnahmen

Stoffströme ohne Verluste

Rohstoffe sollen möglichst in die Produkte einfließen und den Betrieb nur im ge­ringstmöglichen Ausmaß als Abfälle und Emissionen verlassen (höhere Rohstoff- und Energieeffizienz).

Beispiel für einen Stoffstrom ohne Verluste

Nach einer detaillierten Input-Output-Analyse und einer umfangreichen Schwach­stellenanalyse ergeben sich bei der Firma Internorm Fenster AG Optimierungspoten­ziale in den Bereichen Materialnutzung, Organisation, Produktänderungen und Ver­fahrensänderungen.

Dieses Projekt dauerte 15 Monate und verursachte Kosten in der Höhe von € 72 500. Die Veränderungen führten zu einer Ressourceneinsparung von jährlich € 43 600, womit sich die Investitionskosten bereits im zweiten Jahr amortisierten.

Umweltschutz mit System

Durch die Einführung eines Umweltmanagementsystems wird die Bedeutung des Umweltschutzes vom eher technischen Bereich auf den gesamten organisatorischen Bereich erweitert und eine stetige Verbesserung der betrieblichen Umweltsituation gewährleistet.

Beispiel für Umweltschutz mit System

Durch den Umstieg auf Digitalthermometer im Landeskrankenhaus Kirchdorf/Krems (OÖ) werden jährlich 14 kg Quecksilberabfall (bei Entsorgungskosten von ca. € 30) sowie Einkaufskosten von ca. € 3 300 eingespart. Nebenbei werden die für Patienten und Personal gleichermaßen gefährlichen Quecksilberdämpfe im Falle eines Bruches vermieden. Positive Begleiterscheinungen sind die einfache Handhabung und eine nicht zu unterschätzende Zeitersparnis.

Durch integrierte Technologien können Ressourcen wesentlich effizienter genutzt und ökologische Belastungen vermieden werden, die andernfalls mithilfe nachge­schalteter Reinigungsprozesse von der Umwelt ferngehalten werden müssen.

Beispiel für ökoeffiziente Technologien

Durch eine neue Oberflächenbehandlung (thermisches Auftragungsverfahren) ist es dem Möbelhersteller TEAM 7 gelungen, lösungsmittelhältige Wachse und Lasuren durch lösungsmittelfreie Öle und Harze zu ersetzen. Dadurch können pro Jahr 26 t organische und 2,7 t anorganische Lösungsmittel eingespart werden. Dies führt zu einem geringeren Materialverbrauch, zur Reduzierung der Energiekosten durch kür­zere Fertigungszeiten, zur Vermeidung gesundheitlicher Belastungen für die Arbeit­nehmer und nicht zuletzt zu Möbeln in Wohn- und Arbeitsräumen, die keine Emissio­nen abgeben.

Zukunftsfähige Produkte

Zukunftsfähige Produkte orientieren sich am tatsächlichen Bedarf, sind langlebig, material- und energiesparend sowie frei von toxischen Bestandteilen.

Neben Sicherheit, Machbarkeit, Funktionalität, Ergonomie, hoher Qualität, Robustheit und Kosten sind für eine ökologische Produktgestaltung folgende Kriterien rich­tungsweisend:

§  Geringer Material- und Energieverbrauch sowie Abfall- und Emissionsvermeidung während der gesamten Lebensdauer.

§  Lange Lebensdauer.

§  Multifunktionalität mit auswechselbaren Komponenten im Falle eines Ausfalls.

§  Möglichkeiten zum gemeinsamen Nutzen.

§  Hoher Anteil regionaler Ressourcen.

§  Verpackungsminimierung.

Dienstleistung mit Produkten

Die Struktur der Wertschöpfung ist verstärkt in Richtung immaterieller Anteile zu ent­wickeln. Im Mittelpunkt steht der Produktnutzen.

Produktorientierung: Dabei handelt es sich um ergänzende Leistungen zum angebotenen Produkt, wie

§  eigenständige Leistungen,

§  absatzfördernde Maßnahmen, wie z. B. Wartungs-, Repa­ratur- und Entsorgungsdienstleistungen,

§  Beratungen zum optimalen bzw. sparsamen Einsatz.

Nutzungsorientierung: Nicht mehr das Eigentum, sondern die Nutzung eines Pro­duktes während einer bestimmten Zeit steht im Vorder­grund. Beispiele dafür sind Vermietung oder Leasing von Kopierern, Autos, Telefonen, Videorecordern etc.

Ergebnisorientierung: Das Ziel besteht darin, Resultate (Systemlösungen) zu verkaufen und nicht Produkte. Aus einer Reihe von Alter­nativen erarbeitet der Resultatsvermittler jene Alternative, die das gewünschte Ergebnis unter Berücksichtigung aller umweltrelevanten Kriterien bestmöglich erfüllt.

Regionale Vernetzung

Vorteile durch eine regionale Vernetzung

§  Aufrüstung der dort abgesetzten Produkte.

§  Das Produkt oder die Dienstleistung wird in Verbindung mit regionalen Besonder­heiten zu etwas Unverwechselbarem. Das Zusammenführen von Qualität und Regionalität kann zum Markenzeichen werden.

§  Auf regionaler Ebene sind auch kleine und mittlere Betriebe sehr wichtig. Dadurch haben sie die Möglichkeit der gezielten Mitgestaltung des unmittelbaren unter­nehmerischen Umfeldes.

§  Durch die Wertschöpfung in der Region werden Infrastruktureinrichtungen, Arbeits­plätze und Know-how in der Region geschaffen bzw. gesichert. Dies wirkt sich wiederum positiv auf die gesamte Wirtschaftsstruktur der Region aus.

§  Die rechtzeitige Erschließung nachhaltig nutzbarer heimischer Wirtschaftsgrundla­gen verringert die Abhängigkeit des Unternehmens von Importen. Angesichts ei­ner mittel- bis langfristig zu erwartenden Erhöhung der Transportkosten sowie im Hinblick auf globale Wirtschafts- und Versorgungskrisen kann diese Versorgungs­sicherheit ein großer Vorteil sein.

§  Durch die Kundennähe birgt der innere Markt der Region zusätzliche Nachfragepo­tenziale in sich, wie z. B. die Instandhaltung, Wartung sowie die Auf­rüstung der dort abgesetzten Produkte.

Ökologische Konzepte für die Wirtschaft

In Ökosystemen gibt es Zusammenhänge, die durchaus mit jenen in der Wirtschaft vergleichbar sind. Andere Materie-, Energie- und Informationsflüsse führen dazu, dass es in Ökosystemen nur selten zu einer Rohstoff-, Schadstoff- oder Entsor­gungsproblematik kommt. In dieser Lerneinheit werden ökologische Konzepte auf die Ökonomie übertragen.

Die Wirtschaftlichkeit von Biostrategien

Der evolutionäre Erfolg eines Organismus ist die Anzahl an Nachkommen, die ins reproduktive Alter kommen. Je mehr Nachkommen es gibt, desto häufiger sind die Gene des betreffenden Organismus in der nächsten Generation vertreten. Organis­men, die sich nicht so effektiv fortpflanzen, haben weniger Nachkommen und tragen so zum Gen-Pool der nächsten Generation in geringerem Ausmaß bei.

Nutzung der Sonnenenergie

Die ersten Lebewesen auf der Erde nutzten chemische Energieressourcen. Die Ver­mehrung dieser Chemosynthesebakterien war jedoch an das Vorhandensein der Energieressourcen gebunden. Die Vorräte waren begrenzt und wurden nur in gerin­gem Ausmaß durch Vulkane am Meeresgrund ersetzt. Die Umstellung von der Che­mosynthese auf die Fotosynthese ermögliche eine nachhaltige Energieversorgung.

Die Strahlungsenergie der Sonne reicht aus, um alle lebensnotwendigen Prozesse anzutreiben.

Mit dem Beginn der industriellen Revolution stellte der Mensch seine Energieversor­gung auf fossile Energieträger um. Damit stand kurzfristig mehr Energie zur Verfü­gung, als zuvor über die Landwirtschaft gewonnen werden konnte. Allerdings ist diese Form der Energieversorgung nicht nachhaltig. Eine Rückumstellung auf Son­nenenergie muss zwangsläufig erfolgen, wenn die Ressourcen verbraucht sind.

Die Umstellungsphase ist technologisch aufwendig und mit Risiken für die Weltwirtschaft verbunden. Aus diesem Grund sollte die Umstellung möglichst früh beginnen und sanft in das nächste Energiezeitalter übergehen.

Kreislaufprozesse und stufenweiser Abbau von Energie

Um Stoffe, die in der Natur in begrenztem Maße vorkommen, besteht in Ökosyste­men eine harte Konkurrenz. Organismen, die den Stoff besonders gut aufnehmen oder wiederverwerten könne, haben sich in der Evolution durchgesetzt. Aus diesem Grund gibt es in Ökosystemen immer Organismen, die Stoffe, die von anderen Orga­nismen ausgeschieden werden, auch wieder aufnehmen können.

So entstehen Kreisläufe und ein Anhäufen eines Endproduktes im Ökosystem wird vermieden. In wirtschaftlichen Systemen wäre es ebenfalls notwendig, auf Kreislaufprozesse zu setzen. Auf diese Weise würden sich Rohstoff-, Schadstoff- und Abfallproblematik von alleine lösen.

Diversität und Vernetzung

Theoretisch müsste es in einem Ökosystem nur drei Arten geben: einen Produzen­ten, einen Konsumenten und einen Destruenten. Tatsächlich gibt es in jedem Öko­system eine Vielzahl von Arten. Die Biodiversität[2] entsteht durch Spezialisierung.

Es gibt immer mehr Organismen, die Teilaufgaben besser lösen können als ein Ge­neralist (Alleskönner). Die Biodiversität erhöht die Leistungsfähigkeit, die Stabilität und den Informationsgehalt eines Ökosystems. Darüber hinaus sind in einem Öko­system alle Organismen über Nahrungsbeziehungen miteinander verbunden. Je dichter das Netz, desto eher können Ausfälle einzelner Arten und Störungen von außen ausgeglichen werden.

Die Anzahl an Netzwerkverbindungen ist daher geringer als bei einer größeren Anzahl von Betrieben mit nur regionaler Vernetzung.

Entwicklung

Die Entwicklung der Lebewesen wird als Evolution bezeichnet. Die biologische Evo­lution ist ein relativ langsamer Prozess, weil die Entwicklung über Mutation, Rekom­bination und Selektion nicht zielgerichtet verläuft. Darüber hinaus ist sie von der Ge­nerationsdauer abhängig. Die kulturelle Entwicklung hingegen verläuft sehr schnell, da in gesprochener und geschriebener Sprache Errungenschaften einer Generation sehr einfach an die nächste weitergegeben werden können.

Die Geschwindigkeit der kulturellen Evolution ist eine große Chance, um sich auf zukünftige Situationen mit dem Wissen aus der Vergangenheit vorbereiten zu können.

Bionik

Erfindungen der Natur und ihre technische Umsetzung

Die Evolution ist ein Optimierungsprozess, bei dem es immer darum geht, die grund­sätzlichen Lebensfunktionen mit geringerem Aufwand zu bewerkstelligen als konkur­rierende Organismen. Die Lösung in der Natur sind dabei nie perfekt, sonder immer gerade gut genug, um das Überleben der Art zu gewährleisten. Da jedoch die natür­liche Selektion schon seit Milliarden Jahren auf die Organsimen einwirkt, scheint eben die Lösung, die gerade gut genug ist, in unseren Augen perfekt zu sein.

Mit möglichst wenig und gut geeignetem Material feste Körper- oder Baustrukturen herstellen zu könne, ist ein wichtiger Selektionsvorteil in der Evolution. Sparsamer Energie- und Materialeinsatz ist daher typisch für Lösungen der Natur. Sie müssen stabil und haltbar sein, Druck und Zugkräften standhalten. Ein weiteres Kriterium hat sich in der Natur durchgesetzt: Sämtliche Materialien und Werkstoffe sind recycelbar.

Auch hier kann der Mensch viel von der Natur lernen. Material-, Werkstoff- und Kon­struktionsbionik werden wichtiger, um Ressourcen zu sparen.

Verfahrensbionik

Nicht nur natürliche Konstruktionen sind technisch verwertbar, auch der Stoffwechsel von Organismen wurde im Laufe der Evolution optimiert. Daher können Verfahre, mit denen die Natur die Vorgänge und Umsätze steuert, wichtige Vorbilder für die Ver­fahrenstechnik des Menschen sein. Eines der bedeutendsten Vorbilder ist die Foto­synthese im Hinblick auf eine zukünftige Wasserstofftechnologie.

Weiters könnten Aspekte von Stoffwechselabläufen wichtige Hinweise zur Optimierung chemischer Verfahren im industriellen und wissenschaftlichen Bereich liefern. Die natürlichen Methoden des Rezyklierens, des Vermeidens von Deponiematerial, sollten in allen Details auf eine Übertragbarkeit hin untersucht werden.

Entwicklungsbionik

Die Entwicklungsbionik versucht, die Verfahren der natürlichen Evolution für die Technik nutzbar zu machen. Dies ist v. a. dann sinnvoll, wenn die Problemstellung so komplex ist, dass eine mathematische Formulierung und rechnerische Simulation nicht möglich sind. In diesem Fall bleibt die experimentelle Versuchs-Irrtums-Ent­wicklung[3], sie sie in der Evolution stattfindet, als Alternative.

Man versucht, nicht zu einer theoretischen Lösung zu kommen, sondern schafft ein Szenario, in dem in wie­derholten Schritten immer wieder kleine Veränderungen an der Konstruktion vorge­nommen werden und untersucht wird, welche Konstruktion das gegebene Problem am besten löst.

Biokunststoffe

Kunststoffe aus Stärke, Zellulose, Zuckern und Co.

Unter dem Begriff Biokunststoffe werden unterschiedliche Polymere zusammenge­fasst, die sich in ihren Eigenschaften teilweise stark unterscheiden. Es handelt sich dabei vor allem um zwei Polymerklassen:

§  Kunststoffe, die auf Basis nachwachsender Rohstoffe hergestellt werden

Während die Produkte der ersten Gruppe nicht notwendigerweise biologisch abbau­bar bzw. kompostierbar sein müssen, gilt für die zweite Gruppe, dass in der Produk­tion nicht unbedingt nachwachsende Rohstoffe eingesetzt werden müssen; auch manche erdölbasierte Polymere sind biologisch abbau- und kompostierbar.

Biologisch abbaubare Kunststoffe sind auch abfallwirtschaftlich von Bedeutung, denn sie können wie organische Abfälle behandelt werden. Dies ermöglicht eine unauf­wendige und kostengünstige Verwertung. Andererseits verursachen biologisch ab­baubare Kunststoffe auf der Deponie die gleichen Probleme wie organische Abfälle. Im Restmüll müssen sie entsprechend vorbehandelt werden.

Biokunststoffe, die aus Stärke oder Zucker hergestellt werden, stehen zudem in Konkurrenz zur Nahrungs­mittelproduktion und beeinflussen auf diese Weise den Lebensmittelpreis.

Arten von Biokunststoffen

Stärke und Stärkeblends

80% der verwendeten Biokunststoffe bestehen aus thermoplastischer Stärke. Sie wird aus Mais, Weizen und Kartoffeln hergestellt. Die pflanzliche Rohmasse wird von den anderen Inhaltsstoffen, wie Proteinen, Pflanzenölen und Pflanzenfasern, gerei­nigt und entsprechend für die Nutzung vorbereitet.

Stärke ist hygroskopisch, zieht also Wasser an und nimmt es auf. Diese Eigenschaft ist bei vielen Anwendungen nicht erwünscht. Aus diesem Grund wird die Stärke mit einer zweiten Komponente kombiniert. Der zweite Bestandteil der Stärkeblends be­steht aus wasserabweisenden, biologisch abbaubaren Polymeren wie Polyester, Po­lyesteramiden, Polyesterurethanen oder Polyvinylalkohol.

Während des Schmelzvor­gangs im Extruder verbinden sich die Komponenten zu einem wasserfesten Stärke­kunststoff. Stärkeblends werden in Granulatform produziert und lassen sich zu Fo­lien, Spritzgussartikeln oder Beschichtungen verarbeiten. Beispiele dafür sind Tra­getaschen, Joghurt- oder Trinkbecher, Pflanzentöpfe, Besteck, Windelfolien, be­schichtete Papiere und Pappen.

Zelluloseprodukte

Zellulose ist nach Brenn- und Bauholz weltweit der bedeutendste nachwachsende Rohstoff und wird jährlich in Mengen von etwa 1,3 Milliarden Tonnen genutzt. Sie ist wie die Stärke ein Biopolymer aus Glukosemolekülen. Zellulose ist in den meisten Pflanzen als Hauptstrukturbaustoff in großer Menge enthalten und kann entspre­chend leicht aus Pflanzenmaterial gewonnen werden.

Für die Herstellung von Biokunststoffen auf Zellulosebasis ist eine chemische Modifi­zierung erforderlich. Dabei wird die gereinigte Zellulose vor allem verestert. Es ent­steht Zelluloseacetat (CA), der wichtigste Kunststoff auf Zellulosebasis. Zellulose­acetat wird zu den thermoplastischen Kunststoffen gezählt, ist aber ein entsprechen modifizierter Naturstoff.

Seit 1919 wird Zelluloseacetat mit Weichmachern modifiziert. Aus der entstehenden Spritzgießmasse werden Schirmgriffe, Tastaturen, Lenkräder, Spielzeug, Kugelschreiber und viele weitere Produkte erzeugt. Auch das Zelluloid sowie das Zellophan sind Kunststoffe auf der Basis von Zellulose.

Polymilchsäure (PLA)

Milchsäure entsteht durch die Fermentation von Zucker und Stärke durch Milchsäu­rebakterien. Mithilfe der Polymerisation kann Polymilchsäure (Polyactid, PLA) herge­stellt werden. Das Verhältnis der Milchsäure-Isomere (D- und L-Form) hat einen Ein­fluss auf die Eigenschaften des Polymers. Weitere Eigenschaften können durch Zu­satzstoffe, die ebenfalls polymerisieren, erreicht werden.


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