Thema des Monats November 2015

Nachhaltigere Kosmetik für eine saubere Umwelt

Nachhaltigere Kosmetik für eine saubere Umwelt

Teil zwei unserer Themenreihe „Nachhaltigkeit“ wirft einen Blick auf die Verwendung von Mikropartikeln in Kosmetika und Körperpflege-Produkten. Bei den eingesetzten Teilchen handelt es sich häufig um Kunststoffe, die aber, wie wir inzwischen wissen, ein Problem für die Umwelt darstellen. Wissenschaftler haben sich auf die Suche nach einer adäquaten Ersatzlösung gemacht – und sind offenkundig fündig geworden.

Belege dafür gibt es zuhauf: Die in Kosmetika und Körperpflegprodukten eingesetzten Mikroplastikpartikel stellen ein Problem dar. Vor allem über das Abwasser wird Mikroplastik in die Umwelt eingetragen und gelangt, ohne auch nur ansatzweise vollständig in Kläranlagen herausgefiltert oder eliminiert werden, in Binnengewässer und im weiteren Verlauf letztlich auch in die Weltmeere.

Problemfall Mikroplastik
Mikroplastik wird von im Wasser lebenden Organismen mit Nahrung verwechselt oder zusammen mit diesem aufgenommen. Problematisch erweist sich, dass Mikroplastik gesundheitsschädliche Additive enthalten sowie Pestizidrückstände oder andere Schadstoffe aus der Umwelt anlagern kann. Bei Muscheln, die Mikroplastik aufgenommen haben, fand man entzündetes Gewebe. Auch die Gesundheit des Menschen ist durch Mikroplastik bedroht, wenn es mit der Nahrung, etwa in Form kontaminierter Meeresfrüchte, verzehrt wird.

Cellulosepartikel aus Buchenholz (hier in rasterelektronenmikroskopischer Aufnahme) sollen in verschiedene Pflegeprodukte eingearbeitet werden. © Fraunhofer IWM

Cellulosepartikel aus Buchenholz (hier in rasterelektronenmikroskopischer Aufnahme) sollen in verschiedene Pflegeprodukte eingearbeitet werden. © Fraunhofer IWM

Auf der Suche nach Ersatz
Einen wichtigen Beitrag Maßnahmen beizusteuern, die dem einen Riegel vorzuschieben, ist erklärtes Ziel von Forschern des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik (IWM) in Halle. Im Rahmen ihrer Arbeit suchen sie nach Ersatzlösungen zu polymerbasierten Mikropartikeln wie sie in Kosmetika und Körperpflegeprodukten zum Einsatz kommen.

In Zahnpaste oder in Körperpeelings werden Mikroplastikpartikel als Stabilisatoren oder sanft „Abrasiva“ (lateinisch abrasivo: Abkratzung) eingesetzt: In Zahnpasta dient es dem Zweck, farblich unschönen Zahnbela zu entfernen, in Peelings abgestorbene Hautschuppen. Je nach Anwendung liegt der Anteil an Mikroplastik am Produkt bei 90 Prozent.

Mikroplastikverbot in der Diskussion
Aufgrund ihrer schädlichen Wirkung auf die Umwelt haben einige US-amerikanische Bundesstaaten die Verwendung von Mikroplastik in Kosmetika und Körperpflegeprodukten bereits untersagt, in der Europäischen Union (EU) wird über ein Verbot nachgedacht. In diesem Zusammenhang ist auch der Einsatz des IWN zu sehen, das einen Fokus auf die Erforschung potenziell tauglicher Ersatzstoffe gerichtet hat, die vergleichbare Produkteigenschaften besitzen, auf die Umwelt aber keine negative Einflüsse ausüben und die sich im Idealfall, sprich ohne Spuren zu hinterlassen und rückstandslos unter natürlichen Bedingungen abgebaut werden. 

Anschließend werden die Produkte im Labor auf ihre abrasive bzw. reinigende Wirkung bewertet. © Fraunhofer IWM

Anschließend werden die Produkte im Labor auf ihre abrasive bzw. reinigende Wirkung bewertet. © Fraunhofer IWM

Cellulose bietet sich als Ersatz an
An dieser Stelle setzt das Projekt „KosLigCel“ an, das vom Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Halle koordiniert wird. „Für Mikroplastikpartikel in Kosmetikprodukten wird heute meist Polyethylen eingesetzt. Wir wollen hingegen Partikel aus einem Naturprodukt nutzen, namentlich Cellulose, die aus Buchenholzresten hergestellt wird und die biologisch abbaubar ist“, erklärt Projektleiterin Dr. Vanessa Sternitzke vom Fraunhofer IWM.

Sollte das Vorhaben gelingen, wäre dies ein wertvoller Beitrag zur Reduktion der Umweltbelastung durch Mikroplastik. Projektleierin Vanessa Sternitzke verweist in diesem Zusammenhang auf eine Studie der Vereinten Nationen (UN), wonach im Jahr 2012 allein in der EU 4300 Tonnen Mikroplastikpartikel in Pflegeprodukten eingesetzt wurden, die letztlich im Zuge ihrer Anwendung unweigerlich freigesetzt und in die Umwelt eingetragen werden. Diese 4300 Tonnen Kunststoff lassen sich künftig für langfristig sinnvollere Prozesse und Produkte einsetzen und nutzen.

Alles braucht eine Startpunkt
Im aktuellen „KosLigCel“-Projekt, das eine Laufzeit von zwei Jahren hat und zum Spitzencluster „BioEconomy“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gehört, sollen unter anderem ein Körperpeeling und eine Zahncreme entwickelt werden. Projektpartner sind die CFF GmbH, ein Zellstoffverarbeiter aus Gehren (Thüringen), der für das Projekt Cellulose- und Ligninpartikel bereitstellt, sowie die Skinomics GmbH aus Halle, die vorrangig für die dermatologische Untersuchung der neuen Produkte zuständig ist. 

Die besondere Herausforderung liege darin, berichtet das IWN, ein Ersatzmaterial zu finden beziehungsweise zu entwickeln, das über das gewünschte Eigenschaftsprofil verfügt, sprich in Größe, Form, Härte und Oberflächenstruktur jenen der Mikroplastikpartikel entspricht, die substituiert werden sollen und die zugleich hautverträglich sind. Was mit synthetischen Polymermaterialien, die sich nach individuellen Vorgaben und Zielen regelrecht designen lassen, vergleichsweise leicht fällt, erweist sich unter Anwendung natürlicher Ingredienzien als Herausforderung.

Neue Wege im Fokus
Um sich dem gesteckten Ziel anzunähern, arbeiten die IWM-Forscher daran, die Cellulose aus Buchenholz zu modifizieren und bis auf die Mikrostrukturebene hinunter zu analysieren. Auch der Einsatz von Cellulose aus anderen Quellen, zum Beispiel Reststoffe der Hafer-, Weizen- und Maisproduktion, steht auf dem Prüfstand. Erstmalig wollen die Forscher auch den Einsatz von modifizierten schwefelfreien Organosolv-Ligninpartikeln in Kosmetikprodukten erproben.

Vereinzelt wurden Versuche unternommen, Mikroplastikpartikel in Kosmetikprodukten durch andere Materialien wie Wachs, Salz oder Olivenkerne zu ersetzen. Bisher aber sind solche Ersatzstoffe nie materialwissenschaftlich bewertet worden. Das soll sich im Zuge des KosLigCel-Projekts ändern: „Die wissenschaftlichen Herausforderungen sind noch groß, um einen Ersatz für Polyethylen zu finden, der genauso gut wirkt, aber im Gegensatz zu Polyethylen im Wasser biologisch abbaubar ist und möglichst kostengünstig hergestellt werden kann“, sagt Dr. Vanessa Sternitzke. Man wolle möglichst genau herausfinden, welche Kriterien für die gewünschten Eigenschaften entscheidend sind. „Wenn wir das wissen“, ist die Projektleiterin überzeugt, „können wir zuverlässig bewerten, welche Materialien besonders gut geeignet sind, Mikroplastikpartikel zu ersetzen.“

Polymere besser nutzen, Mehrwerte generieren
Im Idealfall könnte die Nutzung von Cellulose zudem weitere Einsatzfelder erschließen. Im Gegensatz zu Polyethylen nimmt der Zellstoff nämlich auch Wasser und Öl auf. Dieser Effekt könnte, das nur am Rande bemerkt, die Langzeitwirkung von Feuchtigkeitscremes verbessern helfen. Auch als Füllstoff in Aluminium-freien Deodorants kommen die Cellulose-Partikel infrage. Die 4300 Tonnen Polymermaterial, die bislang in die Herstellung von Mikroplastik in Kosmetika und Körperpflegeprodukten geflossen sind, werden absehbar in nachhaltigere Anwendungen fließen.

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