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Reduzierung des CO2-Fußabdrucks: Die Rolle von bio-basierten und erneuerbaren Rohstoffen in der Klebstoffproduktion

Posted 06 Dez 2024 by Elizabeth Staab, Marketing Manager, Packaging Solutions EIMEA

Laut der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) erreichte die globale durchschnittliche atmosphärische Kohlendioxidkonzentration im Jahr 2023 einen neuen Rekordwert. Der Rekord von 419.3 Teilen pro Million (ppm) entspricht dem rapiden Anstieg der letzten zwölf Jahre. Experten schätzen, dass die atmosphärische Kohlendioxidkonzentration bis zum Ende des Jahrhunderts 800 ppm erreichen könnte, wenn die Menschheit weiterhin fossile Brennstoffe zur Deckung des Energiebedarfs verwendet – was zu einer drastisch anderen Umwelt für zukünftige Generationen führen würde.

Die Reduzierung von Kohlendioxid und anderen Treibhausgasemissionen kann ihre Umweltauswirkungen verlangsamen und die Folgen des atmosphärischen Wandels begrenzen, wie beispielsweise häufigere und intensivere Stürme. Unternehmen können die Treibhausgasemissionen, auch bekannt als ihren CO2-Fußabdruck, durch verschiedene Ansätze einschränken, einschließlich innovativer Technologien.

Eine aufstrebende Lösung für Hersteller, ihren CO2-Fußabdruck zu verringern, besteht darin, Klebstoffe, die aus fossilen Materialien hergestellt sind, durch Klebstoffe zu ersetzen, die Materialien aus recyceltem oder jungfräulichem Biomasse enthalten (z. B. Switchgrass, Zuckerrohr, Holz). Obwohl Klebstoffe mit erneuerbaren Rohstoffen derzeit nicht weit verbreitet sind, sind sie zunehmend verfügbar. Hier werden wir erläutern, wie Klebstoffhersteller erneuerbare Rohstoffe nutzen, um biobasierte Klebstoffe zu entwickeln, ohne die Produktqualität oder -effizienz zu beeinträchtigen.

Was sind Biomaterialien?

Biomaterialien stammen aus natürlichen Ressourcen, die sich im Laufe der Zeit regenerieren können, wie Zuckerrohr und Maisstärke. Unternehmen verarbeiten Biomaterialien zu Harzen oder Ölen für die Verwendung bei der Formulierung von Klebstoffen. Zertifizierte "biobasierte" Klebstoffe müssen einen bestimmten Prozentsatz an Biomaterial enthalten. Der Prozentsatz variiert je nach Zertifizierung. Tabelle 1 gibt einen Überblick über drei weit verbreitete Zertifizierungen: EN 16785-1, ASTM D6866 und EN 16640.

Tabelle 1. Beispiele für Zertifizierungen des biobasierten Gehalts.
Zertifizierungsstandards Tabelle

EN 16785-1 ASTM D6866 EN 16640
Zertifizierer TÜV Austria und TÜV Germany USDA und TÜV Germany TÜV Austria
Definition Menge an Biomasse in einem Produkt Menge des organischen biobasierten Kohlenstoffgehalts in einem Produkt Menge des biobasierten Kohlenstoffgehalts im Verhältnis zum Gesamtkohlenstoffgehalt
Label Prozentsatz des biobasierten Gehalts Zertifizierung + Prozentsatz des biobasierten Gehalts Zertifizierung + Sternsystem basierend auf dem Prozentsatz des biobasierten Gehalts

Warum die Erhöhung des Biomaterialgehalts in Klebstoffen wichtig ist?

Obwohl Klebstoffe in der Regel ein kleiner, oft unsichtbarer Teil eines Produkts sind, spielen sie eine wichtige Rolle. Beispielsweise halten Klebstoffe die verschiedenen Schichten einer Wegwerfwindel zusammen, befestigen Etiketten an Getränkeflaschen und steuern die Wärmeaktivität in Batterien von Elektrofahrzeugen. Biobasierte Klebstoffe helfen Unternehmen, die sich auf Dekarbonisierung zubewegen, die Scope-3-Treibhausgasemissionen zu reduzieren – die Emissionen, die aus der Wertschöpfungskette ihres Produkts entstehen.

“Den richtigen Klebstoff zu haben, ist der wichtigste Teil eines Produkts,” sagt Nora Behrens, Marketing Manager für Körperpflege bei H.B. Fuller, “Wenn Sie nicht den richtigen Klebstoff haben, kommt der Artikel nicht zustande. Unser Hauptziel bei biobasierten Klebstoffen ist es, unseren Kunden zu helfen, ihre Nachhaltigkeitsziele zu erreichen und unseren eigenen Umwelteinfluss zu reduzieren. Der Klebstoff muss die Reise des Kunden unterstützen, und wir sind Teil der Reise.”

Hygieneanwendungen für biobasierte Klebstoffe

Die Integration von Biomaterialien in Klebstoffe birgt ihre Herausforderungen. Fossile Materialien sind kostengünstig und haben im Allgemeinen eine konsistente, einheitliche chemische Struktur, die aus präzisen synthetischen Prozessen abgeleitet ist. Im Gegensatz dazu können die chemischen Strukturen erneuerbarer Rohstoffe variieren, da sie aus natürlichen Quellen stammen, deren Zusammensetzung durch biologische und Umweltfaktoren beeinflusst wird. Biomaterialien erfordern eine kontrollierte Verarbeitung für eine konsistente Qualität.

Forschungs- und Entwicklungsteams haben enorme Fortschritte bei der Entwicklung von Hochleistungs-Bioklebstofflinien gemacht. Hersteller können H.B. Fullers biobasierte Schmelzklebstoffe für die Konstruktion von Hygieneprodukten (wie das Material zusammengehalten wird) und die Positionierung (wie das Produkt an Ort und Stelle gehalten wird) verwenden. H.B. Fuller arbeitet mit Kunden zusammen, um die Formulierung an ihre Produktanforderungen anzupassen, mit ihren Produktionsanlagen zu arbeiten und sicherzustellen, dass die Produkte den behördlichen Richtlinien entsprechen.

Herausforderungen bei der Entwicklung von biobasierten Klebstoffen überwinden

Bei der Entwicklung von biobasierten Klebstoffen arbeiten die Experten von H.B. Fuller zunächst eng mit den Kunden zusammen, um ihre Bedürfnisse zu kennen. Dazu gehören der Prozentsatz an erneuerbaren Rohstoffen für das Endprodukt, die Anwendungsmethode und das Substratmaterial, das sie verwenden möchten. Beispielsweise erfordern Wegwerfwindeln aus natürlichen Substraten wie Baumwolle einen Klebstoff, der seine Bindung auch dann hält, wenn das Material bei Kontakt mit Feuchtigkeit anschwillt.

“Man kann keine Klebstoffe erfinden, ohne die Anwendung zu kennen,” sagt Karsten Voss, Technischer Manager für Forschung und Entwicklung, EMEA-Region, bei H.B. Fuller, “Wir arbeiten eng mit Kunden zusammen, um Klebstoffe für verschiedene Anwendungen zu entwickeln. Wir werfen nicht einfach einen Klebstoff über den Zaun – wir testen Klebstoffe an Kundenartikeln und Kundensubstraten. Die Klebstoffe und Substrate müssen zusammenarbeiten.”

Wenn die Teams von H.B. Fuller die Bedürfnisse ihrer Kunden verstehen, prüfen sie die Biomaterialkandidaten für die Formulierung. Sie überprüfen die Eigenschaften, das Verhalten und die Anwendungseffekte jedes Materials, um zu sehen, ob es in einer Standard-Hygieneproduktlinie verwendet werden kann. Die meisten Formulierungen erfordern ähnliche Komponenten wie Harze, Polymere, Weichmacher und Zusatzstoffe. Experten verwenden Methoden des Design of Experiments (DOE), um Klebstoffformulierungen zu optimieren, mit dem Ziel, die idealen biobasierten Alternativen zu identifizieren, die die Leistung traditioneller fossiler Materialien erreichen oder verbessern.

Partnerschaften sind der Schlüssel zur Entwicklung von biobasierten Klebstoffen

Der Übergang von fossilen Klebstoffen zu biobasierten Klebstoffen erfordert eine enge Partnerschaft zwischen Klebstoffherstellern, Rohstofflieferanten und Kunden. Die Erfüllung der Kundenanforderungen für Produktion und Anwendung ist nur ein Teil des Puzzles. Die Teams von H.B. Fuller finden oft heraus, dass die Aufklärung der Kunden darüber, was einen biobasierten Klebstoff ausmacht, genauso wichtig ist. Diese Gespräche geben den Startschuss für den Prozess und tragen dazu bei, seinen Erfolg zu gewährleisten.

“Es gibt immer noch einige Verwirrung über die verschiedenen Begriffe da draußen,” sagt Behrens, “Wir bilden unsere Kunden aus und geben ihnen Richtung. 'Beziehung' ist einer unserer Schlüsselwerte. Sie brauchen nicht nur einen Lieferanten – Sie brauchen einen Partner.”

Verpackungsanwendungen für Klebstoffe aus erneuerbaren Rohstoffen

Neben biobasierten Schmelzklebstoffen für Hygieneanwendungen entwickelt H.B. Fuller einen nahezu kohlenstoffneutralen Klebstoff für nachhaltigere Verpackungen. Der Advantra® Earthic™ 9370 Schmelzklebstoff, der zum Versiegeln von Kartons und Verpackungen verwendet wird, enthält einen hohen Anteil an bio-zirkulären und zirkulären Materialien. Die Produktionsstätte von H.B. Fuller in Lüneberg, Deutschland, hat die ISCC PLUS-Zertifizierung, um die Verwendung von zirkulären und bio-zirkulären Materialien im Herstellungsprozess zu verfolgen. Durch die sorgfältige Dokumentation von zirkulären und bio-zirkulären Materialien mittels des ISCC PLUS-Massenbilanzansatzes können Kunden nachhaltige Vorteile gemäß der ISCC PLUS-Zertifizierung geltend machen.

Der Massenbilanzansatz bietet Unternehmen einen Weg, die Mengen an zirkulären und bio-zirkulären Materialien in der Produktion zu erhöhen und fossile Rohstoffe zu ersetzen. Dies birgt jedoch seine Herausforderungen. Erneuerbare Rohstoffe sind derzeit nicht nur teurer als fossile Materialien, sondern auch nicht in den erforderlichen Mengen für die Herstellung so leicht verfügbar. Die Überwindung der Kosten wird dazu führen, dass biobasierte Klebstoffe von einer Alternative zu einem Standardprodukt werden.

Technologie verbindet Lebensstandard und nachhaltige Zukunft

Die Ersetzung fossiler Materialien durch Biomaterialien in Klebstoffen ist möglich und kann die Scope-3-Emissionen von Unternehmen reduzieren. Biobasierte Klebstoffe sind ein Beispiel dafür, wie wissenschaftliche Innovation nachhaltigere Produkte ermöglicht, ohne Funktion und Leistung zu beeinträchtigen. Voss bringt es gut auf den Punkt:

“Wir sind dafür verantwortlich, den Lebensstandard, den wir heute haben, mit verschiedenen Ansätzen aufrechtzuerhalten – mit der Erfindung von Technologie. Wir möchten die gleiche Qualität von Produkten auf nachhaltigere Weise bereitstellen.”

Die Entwicklung von biobasierten Klebstoffen ist einer von vielen Schritten, die H.B. Fuller unternimmt, um Kunden bei der Reduzierung ihrer Scope-3-Emissionen zu unterstützen. Weitere Informationen zur Nachhaltigkeitsverpflichtung von H.B. Fuller finden Sie in unserem Nachhaltigkeitsbericht 2023.

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