Verpackungen aus der Natur

Verpackungen aus der Natur

Leider enthalten viele Verpackungsarten Einwegplastik, und von den sieben Milliarden Tonnen Plastikmüll, die sich in der Welt bislang angehäuft haben, wurden nur zehn Prozent recycelt. Das muss sich ändern! Kunststoffe müssen durch Materialien ersetzt werden, die sich schnell und rückstandslos abbauen lassen. Anregungen dazu erhalten wir in der Natur. 

Das Experiment zeigt, wie man einen empfindlichen Gegenstand wie ein Ei (alternativ eine sehr reife Pflaume oder Kiwi) oder eine Wasserbombe mit natürlichem Packmaterial schützen kann. Die hier beschriebenen Materialien lassen sich auch durch andere, in der Natur vorkommende Materialien (z.B. Orangen- oder Zitronenschalen) ersetzen. 

Das Experiment lässt sich auch abwandeln, indem man die Form der Verpackung für den zu schützenden Gegenstand variiert: Verwenden Sie einen Würfel, einen Zylinder oder einen sechseckigen Quader und vergleichen Sie die Ergebnisse.

Im Kern geht es darum, Packmaterial zu verwenden, das den Aufprall dämpft, und dies mit Materialien zu vergleichen, die den Aufprall nicht dämpfen.

Aufbau dieser Unterrichtseinheit

Hier können Sie Arbeitsblätter für Ihre Schüler*innen als PDF- und docx-Datei herunterladen:

• Eier-Crashtest (Einstieg) als docx und als PDF
• Eier-Crashtest (Fortgeschritten) als docx und als PDF

Biologische Abbaubarkeit

Die biologische Abbaubarkeit ist eine entscheidende Eigenschaft von Materialien, insbesondere im Hinblick auf Nachhaltigkeit. Biologisch abbaubare Stoffe zersetzen sich im Laufe der Zeit auf natürliche Weise – typischerweise durch die Einwirkung von Mikroorganismen – in Verbindungen wie Wasser, Kohlendioxid und Biomasse. Die gezielte Verwendung biologisch abbaubarer Materialien kann unsere Umwelt schonen und eine Kreislaufwirtschaft fördern. Das Experiment „Kompost in der Flasche“ veranschaulicht dies besonders gut.

Eines der drängendsten Probleme unserer Zeit ist die mangelnde Abbaubarkeit von Kunststoffen. Herkömmliche Kunststoffe, die aus erdölbasierten Polymeren hergestellt werden, sind berüchtigt für ihre Beständigkeit. Sie können Hunderte, ja Tausende von Jahren in der Umwelt verbleiben und gefährden Ökosysteme (wertvolle natürliche Lebensräume) sowie durch die Bildung von Mikroplastik die Gesundheit von Tieren und Menschen. Die Plastikverschmutzung ist zu einer globalen Krise geworden; in Meeren, Flüssen und Mülldeponien häufen sich Unmengen von Plastikmüll an.

Als Reaktion auf diese Krise wird intensiv an der Entwicklung biologisch abbaubarer Alternativen zu herkömmlichen Kunststoffen geforscht. Diese biologisch abbaubaren Kunststoffe sind so konzipiert, dass sie unter bestimmten Umweltbedingungen schneller abgebaut werden und so ihren ökologischen Fußabdruck verringern. Quellen können pflanzliche Materialien wie beispielsweise Maisstärke, Zuckerrohr und Zellulose sein.

Die biologische Abbaubarkeit dieser Alternativen variiert jedoch stark und ist von Faktoren wie Zusammensetzung, Dicke und Umweltbedingungen abhängig. Einige dieser Kunststoffe können nur in speziellen industriellen Kompostierungsanlagen abgebaut werden, andere werden in der Natur nur sehr langsam abgebaut oder können schädliche Rückstände hinterlassen.

Das Experiment

Neben Kunststoffen weisen auch andere Materialien einen unterschiedlichen Grad an biologischer Abbaubarkeit auf. Organische Materialien wie Papier, Pappe und Lebensmittelabfälle sind biologisch gut abbaubar und können sich relativ schnell zersetzen, sofern Feuchtigkeit und Sauerstoff vorhanden sind. Mittels Kompostierung können sie in nährstoffreiche Erde umgewandelt werden und so den Kreislauf von Produktion und Entsorgung schließen. Zur Veranschaulichung dieses Vorgangs bietet sich das Experiment „Kompost in der Flasche“ an.

Ein guter Stoßdämpfer besteht aus vielen kleinen Teilchen. Je kleiner die Teilchen sind, desto besser können sie die Wucht des Aufpralls absorbieren. Kleine Teilchen liegen tendenziell enger beieinander, was zu einer gleichmäßigeren Kraftverteilung führt. Dadurch kann das Material Stöße besser absorbieren, weil die Energie gleichmäßiger abgeleitet wird. Außerdem können kleinere Teilchen bei erhöhter Reibung oder anderen inneren Widerständen (Kräften, die gegen die Bewegung wirken oder die Form des Körpers verändern) die Energie stärker zerstreuen, d.h. unumkehrbar in eine andere Energieform umwandeln (Energiedissipation). 

In diesem Zusammenhang ist es wichtig, dass das Ei bei dem Versuch aufrecht in den Behälter platziert wird. Die auf die Enden ausgeübte Kraft wird gleichmäßiger über die gesamte Eierschale verteilt, wie bei einem Torbogen. Die Seiten sind deutlich schwächer.
 

Für eine Zeitung haben Familien in aller Welt eine Woche lang ihren Plastikmüll gesammelt und Fotos davon gemacht.

Wie viel Plastikmüll sammelt sich in euren Familien innerhalb einer Woche an? Macht ein Foto wie die im Artikel und zeigt es der Klasse. Wie können wir die Menge an Plastikmüll reduzieren?

Es ist dringend notwendig, die Plastikverschmutzung zu reduzieren und umweltfreundlichere Alternativen z. B. zu Verpackungen und Einweggeschirr aus Plastik zu finden. Nachhaltige Lösungen zielen darauf ab, die Umweltbelastung zu minimieren und gleichzeitig die praktischen Ansprüche an die Verpackung und den Verzehr von Lebensmitteln zu erfüllen. Es gibt mehrere vielversprechende Alternativen:

Biologisch abbaubare Kunststoffe

Biokunststoffe, die aus nachwachsenden Rohstoffen wie Maisstärke, Zuckerrohr oder Zellulose gewonnen werden, bieten eine praktikable Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen. Diese Materialien sind unter bestimmten Bedingungen biologisch abbaubar, was ihren ökologischen Fußabdruck verringert. Es ist jedoch wichtig sicherzustellen, dass sie in realen Umgebungen effizient abgebaut werden und nicht zur Verschmutzung durch Mikroplastik beitragen.

Kompostierbare Verpackungen

Kompostierbare Materialien wie kompostierbares Papier oder bestimmte biobasierte Kunststoffe können eine nachhaltigere Option für Verpackungen und Geschirr darstellen. Sie lassen sich in Kompostieranlagen zu organischer Materie abbauen, was zur Bodengesundheit beiträgt und die Abfallmengen auf Deponien reduziert. Die Infrastruktur für die industrielle Kompostierung solcher Materialien muss jedoch noch ausgebaut werden.

Wiederverwendbare Behälter und Utensilien

Plastikmüll lässt sich durch wiederverwendbare Behälter, Becher und Geschirr erheblich reduzieren. Materialien wie Edelstahl, Bambus oder Glas bieten langlebige Alternativen, die wiederholt verwendet werden können, was den Bedarf an Einwegartikeln reduziert. Die Förderung wiederverwendbarer Optionen durch finanzielle Anreize oder Aufklärungskampagnen kann dazu beitragen, das Verbraucherverhalten zu verändern.

Essbare Verpackungen

Innovationen bei essbaren Verpackungen stellen eine interessante Alternative zu Einwegkunststoffen dar. Verpackungen auf Algenbasis oder essbare Folien aus Frucht- oder Gemüseextrakten können zusammen mit den Lebensmitteln, die sie umhüllen, verzehrt werden. Solche essbaren Verpackungsmaterialien können die Abfallmenge reduzieren und Nachhaltigkeit mit Zweckmäßigkeit verbinden.

Ältere Schüler*innen können gebeten werden, größere Behälter für drei oder mehr Eier oder einen großen, mit Wasser gefüllten Luftballon zu bauen. Dazu erhalten sie eine größere Auswahl an natürlichen wie auch künstlichen Materialien.

Die Aufgabenstellung kann so abgewandelt werden, dass sie Folgendes in den Fokus nimmt:

1. Fassungsvermögen (Anzahl der Eier, die der Behälter aufnehmen kann)
2. Die Verwendung anderer natürlicher Materialien, z. B. Kieselsteine, Sand, Erde
3. Kosten (die Wirtschaftlichkeit der Herstellung der jeweils erforderlichen Behälter)
4. Schutzwirkung (Festigkeit und Stabilität des Behälters)

Das Experiment kann in einen Wettbewerb umgewandelt werden, bei dem die Schüler*innen in Teams arbeiten und dazu Informationen über die Kosten der verwendeten Materialien erhalten (siehe Arbeitsblatt für Fortgeschrittene). Die stoßdämpfende Wirkung der verwendeten Materialien sowie die anderen oben genannten Punkte können anhand des Bewertungsrasters im Arbeitsblatt evaluiert werden. 

Ältere Schüler*innen könnten auch zu alternativen Verpackungsmaterialien recherchieren und ein kurzes Video, eine Präsentation oder ein Poster vorbereiten, um die Vor- und Nachteile des gewählten Materials z. B. hinsichtlich seiner konservierenden Eigenschaften vorzustellen.

Im Zusammenhang mit dem Experiment sind die folgenden Berufe relevant, da sie sich auf die Entwicklung und Umsetzung von umweltfreundlichen, nachhaltigen Verpackungen konzentrieren, die den Einsatz schädlicher Materialien reduzieren. Sie spielen eine entscheidende Rolle für einen positiven Wandel in der Verpackungsindustrie und können Innovationen vorantreiben, um die ökologischen Herausforderungen zu bewältigen, die mit herkömmlichen Verpackungsmaterialien verbunden sind. Fachleute in diesen Funktionen entwickeln Lösungen, die Abfall reduzieren, Ressourcen schonen und eine nachhaltigere Kreislaufwirtschaft fördern.

Hier finden Sie weiterführende Informationen zu den Berufsfeldern:

• Biochemie
• Biotechnik
• Bioinformatik
• Umweltingenieurwesen
• Pflanzenwissenschaft/Pflanzenbau