#reduceplastic – ein guter Grund
Plastik – wirklich ein moderner Werkstoff?
Plastik ist allgegenwärtig und kaum aus unserem Alltag wegzudenken. Wir lernen aber immer mehr darüber, welch wachsendes Risiko Plastik für uns und unsere Umwelt darstellt. Wir empfehlen für unseren guten Grund Rohrsysteme aus duktilem Gusseisen.
Plastik ist heutzutage in aller Munde und kaum aus unserem Alltag wegzudenken. Bis heute kommt Plastik in vielen Alltagsprodukten vor, ist fester Bestandteil für unzählige Lebensmittelverpackungen, Trink- und Gebrauchsflaschen sowie Spielzeug und kommt für Rohrleitungssysteme in der Trinkwasserversorgung zum Einsatz. Die ersten Kunststoffe besetzten zunächst nur eine Marktnische; der eigentliche Aufstieg begann erst nach dem Zweiten Weltkrieg. Danach eroberten Kunststoffe wie Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) etwa für Haushalts- und Industrieprodukte die Welt. Nachdem Plastik viele Jahre als schick, sauber und modern galt, treten heute immer mehr die damit verbundenen Probleme und Folgen für Mensch und Natur in den Vordergrund.
Erste Entdeckungen von Plastikobjekten auf dem offenen Meer waren Anfang der 1970-er Jahre eher zufällig und unerwartet; die Gefahren für Mensch und Tier schätzten Wissenschaftler damals als gering ein [1].
- Im Jahr 1970 lag die globale Produktion von Primärplastik bei ca. 30 Mio. t/Jahr (siehe Abbildung und [2]).
In den folgenden zwei Jahrzehnten wurden Objekte aus Plastik von der Wissenschaft genutzt, um die Modelle von Meeresströmungen und Ozeanzirkulationen abzugleichen [3].
Interessanterweise konnten die Forscher anhand der so erstellten Meeresstrommodelle eine Akkumulationszone voraussagen, in der Gegenstände und Müll aufgrund der Strömungen für Jahrzehnte zirkulieren würden [4].
Zeitgleich interessierte sich ein japanischer Wissenschaftler für einen anderen Aspekt von Plastik: die sogenannten Persistent Organic Pollutants bzw. langlebige organische Schadstoffe, die lange als Weichmacher in Kunststoffen oder Lacken dienten. Er stellte fest, dass auch diese sich an den im Meer schwimmenden und an Stränden gefundenen Plastikgranulaten POPs ansammelten [5].
Dies fiel in die Zeit, in der sich das Verständnis des Materials Kunststoff zu ändern begann: Anfangs als ein homogener, integrer Stoff angesehen, zeigte sich allmählich, dass die Bestandteile von Kunststoffen nicht für immer in ihnen gebunden bleiben. Neben der Polymerart sind Kunststoffe mit weiteren Chemikalien wie Weichmachern, Flammschutzmitteln und Farbstoffen versetzt, die „migrieren“ können [6].
Erst im Jahr 1997 wurde der pazifische Müllstrudel durch den US-amerikanischen Ozeanographen und Kapitän Charles Moore zufällig entdeckt, als er in der vorhergesagten Akkumulationszone viele schwimmende Plastikobjekte beobachtete [7]. Bei näherer Betrachtung des Müllstrudels stellte sich heraus, dass es sich nicht um eine Ansammlung größerer Objekte handelte, sondern eher um eine Konzentration unzähliger kleinerer Plastikteilchen in der gesamten Wassersäule, also von der Oberfläche bis zum Grund. 2004 bezeichnete ein Team um den britischen Meeresbiologen Richard Thompson diese Partikel in einem Artikel für „Science“ erstmals als „Mikroplastik“ [8].
- Im Jahr 2004 lag die globale Produktion von Primärplastik bei ca. 300 Mio. t/ Jahr (siehe Abbildung).
- Bis heute, Stand 2019, ist die weltweite Produktion von Primärplastik auf 368 Mio. t/Jahr gestiegen [9].
Globale Primärkunststoffproduktion nach industriellen Verwendungssektoren von 1950 bis 2015. Veröffentlicht in [2]
Auch Organisationen, wie z. B. die Vereinten Nationen (United Nations), haben die Herausforderungen erkannt, die sich durch den Einsatz von Plastik für Umwelt und Menschen ergeben. Im Beitrag „Frontier Technologies for adressing plastic pollution“ [2] werden fünf Stufen beschrieben (vgl. Tabelle 1), mit denen das Risiko der Verschmutzung der Umwelt mit Plastik reduziert werden kann.
An erster Stelle (Stufe 1 und 2) steht die Entwicklung natürlicher Kunststoffersatzstoffe und die damit einhergehende Entwicklung von Produkten mit diesen Ersatzstoffen. Die Stufe 3 „Verwendung von kunststoffbasierten Waren und Dienstleistungen durch Verbraucher“ (vgl. Tabelle 1) ist an Verbraucher, Gemeinden sowie Verwaltungen und Regierungen gerichtet. Reduzieren (#reduceplastic), Wiederverwenden und Recyceln sind Aktionen, die bereits jetzt umgesetzt werden können. Auch aufgrund des steigenden Handlungsdrucks sind Forderungen [10] und Maßnahmen [11] zur Erhöhung der Recyclingquoten für Plastik aktuell an unterschiedlichen Stellen anzutreffen. Diese werden jedoch auch kritisch betrachtet [12]. Spannend ist z. B. die Fragestellung, inwieweit sich durch den Einsatz von Plastik als Sekundärrohstoff die Menge an Plastik aus Primärrohstoffen verringern lässt.
Aussagen in einem öffentlichen Fachgespräch im Deutschen Bundestag zum Thema „Wie können wir Recyclate aus Kunststoffverpackungen verstärkt im Kreislauf führen“ erwecken den Anschein, dass diese Sekundärrohstoffe genutzt werden, um andere Werkstoffe in langlebigeren Produkten zu substituieren und nicht, um die Menge an Primärplastik zu verringern [13].
Während wir uns aktuell hauptsächlich mit dem Recycling von kurzlebigen Produkten aus Plastik befassen, dürfen auch langlebige Produkte nicht aus den Augen verloren werden.
#reduceplastic ist ein guter Grund, bereits heute bei langlebigen Produkten auf deren Kreislauffähigkeit zu achten.
Tabelle 1: Fünf Stufen der Intervention zur Bekämpfung der Kunststoffbedrohung [2]
Nicht nur recyclingfähig, sondern kreislauffähig
Mit den begrenzten Ressourcen unserer Umwelt gilt es, verantwortungsvoll und nachhaltig umzugehen. In diesem Zusammenhang kommt vor allem der Recyclingfähigkeit von Werkstoffen eine immer größere Bedeutung zu.
Jeder Gegenstand aus Metall wird am Ende seiner Nutzungsdauer zu Schrott, der in Deutschland flächendeckend fast vollständig erfasst und anschließend dem Recyclingkreislauf zugeführt wird. Aus vielen Alltagsgegenständen, wie z. B. Getränke- und Konservendo-en, Waschmaschinen oder Automobilen, können wieder Rohre aus duktilem Gusseisen hergestellt werden. In der deutschen Metallindustrie werden jährlich mehr als 20 Mio. t Stahl- und Eisenschrott eingesetzt, um daraus neue Produkte herzustellen [14]. Dabei benötigt Gusseisen, das aus Stahl-und Eisenschrott hergestellt wird, einen deutlich geringeren Energie- und Rohstoffeinsatz als Produkte, die im Rahmen der Produktion auf der Basis von Eisenerz gewonnen werden. Zudem werden durch den Einsatz von 1 t Schrott beispielsweise Treibhausgasemissionen von 1,67 t CO2 gegenüber der Verwendung von Primärrohstoffen eingespart [15].
Bereits ca. 40 % der Versorgungsleitungen für Trinkwasser in Deutschland bestehen aus unterschiedlichen Kunststoffarten [16]. Diese Trinkwasserrohre sind recycelbar – man kann daraus Produkte, wie z. B. Parkbänke und Folien, herstellen. Der Einsatz von recycelten Kunststoffen in Trinkwasserrohren hat aber seine Grenzen: Die Verwendung von recycelten Kunststoffen beschränkt sich ausschließlich auf die Verwendung von Umlaufmaterial (Reste und Verschnitte), das beim Hersteller selbst anfällt, nicht kontaminiert und noch nicht in den Verkehr gebracht wurde [17]. Anders als bei Rohren aus Gusseisen können demnach zur Herstellung von Kunststoffrohren (für die Trinkwasserversorgung) keine recycelten Materialien, sondern nur fossile und damit nicht nachwachsende Primärrohstoffe wie Erdöl, Erdgas oder Steinkohle zum Einsatz kommen!
Im Gegensatz dazu kann der Werkstoff Gusseisen – anders als die meisten Wettbewerbswerkstoffe – auf gleicher Qualitätsstufe, verlustfrei und zu 100 % immer wieder recycelt werden. Er ist damit ein echter „Wertstoff“, aus dem wieder langlebige Produkte für die Ver- und Entsorgung hergestellt werden, die die höchsten Anforderungen an Hygiene, Gesundheit und Umweltschutz erfüllen.
Rohrsysteme aus duktilem Gusseisen tragen damit in hohem Maß zur Reduzierung von Emissionen, zum Schutz der Umwelt und zur Schonung wertvoller Ressourcen bei und leisten damit einen positiven Beitrag zur Ökobilanz.
Langlebig
Gussrohre sind bereits seit mehr als 500 Jahren für die städtische Versorgungsinfrastruktur im Einsatz. Ein Teil der heutigen Versorgungsnetze stammt noch aus der Zeit vor mehr als 100 Jahren. Im Laufe der Zeit ist der Werkstoff Gusseisen in Anpassung an die ständig steigenden Belastungen der Rohrnetze stetig bis zum heutigen Werkstoff weiterentwickelt worden: Rohre aus duktilem Gusseisen werden in Europa seit An-fang der 1950-er Jahre hergestellt.
Mit Einführung von Rohren aus duktilem Gusseisen der 2. Generation in den 1970-er Jahren wurde die Basis für eine hohe Dauerhaftigkeit und lange Nutzungsdauer geschaffen: Sie erhielten einen hochwertigen Korrosionsschutz aus einem Zink-Überzug mit Deckbeschichtung und Umhüllungen aus Zementmörtel, Polyethylen oder Polyurethan. Nicht zuletzt war die Entwicklung der Zink-Aluminium-Legierung mit Kunstharz-Deckbeschichtung zur Jahrtausendwende ein weiterer Meilenstein.
Wie die Schadenstatistiken des Deutschen Verein des Gas- und Wasserfaches e. V . (DVGW) der letzten Jahre zeigen, weisen Versorgungsnetze aus Gusseisen mit einem hochwertigen Korrosionsschutz (hKS) im Vergleich zu allen anderen Wettbewerbswerkstoffen sehr geringe Schadensraten auf. Diese liegen zwischen 0,01 und 0,02 im Vergleich zu einer mittleren Schadensrate von 0,078 Schäden pro Kilometer und Jahr [16] und [18]. Nach dem DVGW-Arbeitsblatt W 400-3 [19] kann diese Schadensrate als niedrig eingestuft werden.
Da die mittlere Nutzungsdauer durch die Werkstoffe selbst und deren Umhüllungen beeinflusst wird, lässt sich aufgrund der lang-jährigen Erfahrungen mit Versorgungsnetzen aus Gusseisen eine technische Nutzungsdauer von 100 bis 140 Jahren ableiten. Im Vergleich dazu wird nach der Technischen Mitteilung DVGW-Hinweis W 401 [20] – Entscheidungshilfen für die Rehabilitation von Wasserrohrnetzen – für PE-Rohre eine Nutzungsdauer von rund 60 Jahren unterstellt. Das ist weniger als die Hälfte der Lebensdauer, die für Rohre aus duktilem Gusseisen angegeben wird.
Mit seiner Langlebigkeit wird der „Traditionswerkstoff“ Gusseisen den heutigen Anforderungen an einen modernen Werkstoff gerecht und steht mit seiner hohen Zuverlässigkeit und der niedrigen Schadensanfälligkeit für Nachhaltigkeit in der Wasserversorgung.
Schadensraten an Versorgungsleitungen nach Materialart [17].
Quelle: energie | wasser-praxis 3/2017
Diffusionsdicht
Guss-Rohrsysteme als Lebensmittelverpackung
Nur die richtigen Werkstoffe und Beschichtungen sichern dauerhafte Hygiene. Guss-Rohrsysteme im Trinkwassernetz schließen die Qualitätskette.
Ziel ist dabei die Vermeidung der Verunreinigung des Trinkwassers durch unerwünschte Substanzen aufgrund der Permeabilität (Durchlässigkeit) der Rohrleitung oder aus dem Rohrmaterial. Organische Stoffe können durch permeable Rohrwände diffundieren, so das Trinkwasser erreichen und dessen Geschmack beeinträchtigen. Ursächlich für Geschmacksbeeinträchtigungen bei permeablen Rohrleitungen können z. B. kontaminiertes Erdreich, die Nähe der Rohrleitung zu Tankstellen, undichte Kanäle oder überdüngte Böden sein.
Der Rohrinnendruck spielt für die Diffusion keine Rolle; maßgebend sind nur das Konzentrationsgefälle, die Rohrgeometrie und der Diffusionskoeffizient des Werkstoffes. Trinkwasser ist ein Naturprodukt, dessen Gewinnung naturnah erfolgt. Demnach sollte auch die „Verpackung“, d. h. das Trinkwasserversorgungsnetz, aus naturnahen Produkten bestehen. Gussrohre haben eine diffusionsdichte Rohrwand und stellen somit die ideale Verpackung für Trinkwasser dar.
Technische Nutzungsdauer nach Leitungsgruppen.
Quelle: DVGW-Hinweis W 401, Bild 2 [20]
Umwelt- und Gesundheitsschutz
Ressourcensparend
Gussrohre haben im Laufe der Zeit einen starken Wandel erfahren. Zwar galten sie stets als zuverlässig, robust und langlebig, aber sie wurden auch als massiv und schwer angesehen.
Mit der Modernisierung von Gießmaschinen und der Optimierung des Schleudergießprozesses ist es nicht nur gelungen, den Energieverbrauch zu senken, sondern auch den Rohstoffeinsatz zu reduzieren. Innerhalb der letzten 50 Jahre konnte der Eisenverbrauch bei der Herstellung von Gussrohren im Mittel beinahe halbiert werden [21].
Von der innerstädtischen Wasserverteilung bis zu Hochdruckanwendungen können heute Guss-Rohrsysteme mit auf den jeweiligen Anwendungsbereich zugeschnittenen, bedarfsgerechten Wanddicken hergestellt werden und dies, ohne Kompromisse bei Zuverlässigkeit und Sicherheit eingehen zu müssen.
Lösemittelfrei (VOC frei)
Rohrsysteme aus duktilem Gusseisen werden zum Teil mit Umhüllungssystemen versehen, deren Deckbeschichtung aus einem umweltfreundlichen Lack auf Wasserbasis besteht und damit frei von flüchtigen organischen Verbindungen (Lösungsmitteln) und Bisphenol A ist.
Obwohl die Herstellung der Deckbeschichtung nicht unter die Verordnung zum Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchV) oder einfach „Lösemittelverordnung“ fällt, werden die Anforderungen zur Begrenzung von Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen (Lösemittel in Lacken) erfüllt. Ziel ist, die Belastung der Atmosphäre mit leichtflüchtigen organischen Lösemitteln zu reduzieren. Diese können nicht nur die Gesundheit des Menschen unmittelbar beeinträchtigen, sondern tragen auch zur Bildung von bodennahem Ozon, dem sogenannten „Sommer-Smog“, bei.
Bei der Beschichtung von Rohren aus duktilem Gusseisen mit einer wasserbasierten Deckbeschichtung wird die Umwelt nicht mit Emissionen aus Lösemitteln belastet.
Frei von Bisphenol A
Bisphenol A (BPA) ist ein chemischer Stoff, der überwiegend in Kombination mit anderen chemischen Stoffen zur Herstellung von Kunststoffen verwendet wird. Die Bewertung möglicher gesundheitlicher Risiken durch Bisphenol A wird aufgrund seiner hormonähnlichen Wirkung seit Jahren kontrovers diskutiert. Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) hat in den letzten Jahren die tolerierbare tägliche Aufnahmemenge (TDI-Wert), auf 4 Mikrogramm pro Kilogramm Körpergewicht pro Tag herabgesetzt. Dies ist 12,5 Mal niedriger als der vorherige Wert [22].
Einzelne europäische Länder schließen Gesundheitsgefährdungen durch den Stoff jedoch nicht aus und haben vorsorglich weitergehende gesetzliche Maßnahmen dazu erlassen: So haben beispielsweise Österreich, Belgien, Schweden und Dänemark ein Verbot von Lebensmittelbehältern für Kleinkinder erlassen, und Frankreich sogar für alle Lebensmittelbehälter mit Bisphenol A.
Rohrsysteme aus duktilem Gusseisen zählen im eigentlichen Sinn zwar nicht zu den Lebensmittelverpackungen, sind aber dennoch die Verpackung unseres wichtigsten Lebensmittels: das Trinkwasser. Sie tragen in hohem Maß zur Ressourcenschonung sowie zum Umwelt- und Gesundheitsschutz bei und stehen vor dem Hintergrund der Nachhaltigkeit für einen zeitgemäßen und umweltfreundlichen Werkstoff. Im Gegensatz zu anderen Werkstoffen ist Gusseisen ein echter „Wertstoff“, aus dem bereits heute aus Sekundärrohstoffen langlebige Produkte für die Ver- und Entsorgung hergestellt werden, die die höchsten Anforderungen an Hygiene, Gesundheit und Umweltschutz erfüllen. Im Leitungsbau gibt es somit schon jetzt die Möglichkeit, sich durch #reduceplastic – ein guter Grund, für ein kreislauffähiges Produkt zu entscheiden.
Autor:
Kai Sengwitz, Saint-Gobain PAM Deutschland GmbH