EinBiopolymer (altgriech. βίοςbíos ‚Leben‘ mitaltgriechischπολύpolý ‚viel‘ undμέροςméros ‚Teil‘) ist einPolymer, das in der Zelle einesLebewesenssynthetisiert wird. In Form z. B. vonPolysacchariden,Proteinen,Nukleinsäuren etc. dienen Biopolymere als Energiespeicher (Glykogen,Stärke), haben strukturelle Funktionen für die Zelle (Lipidmembranen) oder den gesamten Organismus (Cellulose inFasern), wirken imStoffwechsel (Stoffaufnahme, -transport,Enzym,Exkretion), erkennen Zustände (Sensorik), bewirken Veränderungen (Muskulatur,Farbwechsel), wehren schädigende Einflüsse aktiv ab (Toxine,Immunologie), speichern oder vermitteln Information (genetisch,hormonell,ZNS).

Häufig wird der Begriff Biopolymer auch zur Unterscheidung vonWerkstoffen benutzt. Hier wird auch vontechnischen Biopolymeren oderBiopolymerwerkstoffen gesprochen, um vonnicht als Werkstoff nutzbaren Biopolymeren abzugrenzen. Eine einheitliche Definition für technische Biopolymere hat sich noch nicht etabliert. So werden darunter z. B. Werkstoffe zusammengefasst, die ausbiogenen Rohstoffen (nachwachsenden Rohstoffen) bestehen und/oderbiologisch abbaubar sind (biogene undbiologisch abbaubare Polymere). Darunter fallen also biobasierte Biopolymere, die biologisch abbaubar oder auch nicht biologisch abbaubar sind, als auch erdölbasierte Polymere, die biologisch abbaubar sind. Damit erfolgt eine Abgrenzung von den konventionellen, erdölbasierten Werkstoffen bzw.Kunststoffen, die nicht biologisch abbaubar sind, wie z. B.Polyethylen (PE),Polypropylen (PP) undPolyvinylchlorid (PVC).^[1]

Bei anderen Definitionen werden Erdölprodukte nicht zu den Biopolymeren (biogenen Polymeren) gezählt. Dagegen können sowohl native Polymere (z. B.Cellulose und Cellulosederivate) als auch biobasierte Kunststoffe, die durch umfassende chemische Veränderung der biogenen Rohstoffe hergestellt wurden (z. B.Polylactide (PLA) aus mit Hilfe derweißen Biotechnologie erzeugterMilchsäure), dazugezählt werden.^[2]

Ein verwandter Begriff ist „Biokunststoff“, der ebenfalls nicht einheitlich verwendet wird, und sich teilweise oder stark mit dem Begriff Biopolymer überschneidet. Auch hier wird die VorsilbeBio-, abhängig von der jeweiligen Definition, alsbiogen oderbiologisch abbaubar verstanden und kann sowohlbio-basierte Kunststoffe als auchbiologisch abbaubare Kunststoffe bezeichnen.^[3]

In der nachfolgenden Tabelle sind wichtige, in der Natur vorkommende (biogene) Biopolymere mit dem jeweiligenMonomer, der Art derchemischen Bindung und Beispielen zu ihrem Vorkommen aufgeführt:

Technische Biopolymere (Biowerkstoffe) lassen sich, laut der Definition vonEndres und Siebert-Rath, in die drei in den nachfolgenden Absätzen erläuterten Kategorien unterteilen.^[1] Diese Definition deckt sich mit der von der European Bioplastics verwendeten Definition von Biokunststoff, die jedoch keine Allgemeingültigkeit hat.^[3]

Werden Biopolymere dagegen alsbiologisch abbaubare Polymere definiert, sind nicht alle im Folgenden unterNative Polymere undBiobasierte Polymere aufgeführten Beispiele dazuzuzählen.

Kunststoffe sind meist keine homogenen Produkte, sondern benötigen verschiedene Hilfs- und Zusatzstoffe, die häufig erdölbasiert sind. Nur teilweise ist ein Ersatz durch biobasierte Komponenten möglich.

(siehe auch ArtikelCellulose,Stärkepolymer undStärke als nachwachsender Rohstoff)

In der Natur bzw. inBiomasse vorkommende Polymere, wie z. B. Cellulose und Stärke, können ohne oder mit nur geringen Veränderungen bzw. unter Erhalt der Grundstruktur zur Erzeugung von Biopolymeren verwendet werden:

• Cellulose und bestimmteCellulosederivate
  • Regeneratfasern wieViskose undCellophan
  • Zelluloid
• Stärke
  • Thermoplastische Stärke

Organische Verbindungen, wie z. B. Stärke bzw. Saccharose, können umfassend modifiziert werden, um biobasierte Polymere herzustellen:

• Polylactid (PLA): Polymer der Milchsäure, das Monomer kann z. B.fermentativ mit Bakterien (Weiße Biotechnologie) ausorganischen Verbindungen, wie z. B. Glucose, hergestellt werden
• Polyhydroxybutyrat (PHB): in der Natur als Speichersubstanz in Bakterien vorkommendes Polymer, durch Fermentation von Bakterien aus anderen organischen Verbindungen herstellbar
• Thermoplaste aufLigninbasis
• Epoxyacrylate auf der Basis von Ölen (aktuell vor allemLein- undPalmöl)

Bestimmte erdölbasierte Kunststoffe sind biologisch abbaubar und werden daher gelegentlich als Biopolymere (oder Biokunststoffe) bezeichnet:^[3]

• bestimmtePolyester
• Polyvinylalkohol
• Polybutylenadipat-terephthalat (PBAT)
• Polybutylensuccinat (PBS)
• Polycaprolactone (PCL)
• Polyglycolid (PGA)

Einige erdölbasierte Polymere sind technisch und auch zunehmend kommerziell auf der Basis nachwachsender Rohstoffe herstellbar, vor allem Polybutylensuccinat (PBS) und Polybutylenadipat-terephthalat (PBAT). In diesen Fällen werdenBernsteinsäure und/oder1,4-Butandiol biotechnologisch hergestellt.

Die biologische Abbaubarkeit ist vor allem für die spätere Entsorgung des Werkstoffs relevant. Unter ökologischen undNachhaltigkeitsaspekten sind abbaubare Kunststoffe von zunehmendem Interesse und von zunehmender wirtschaftlicher Bedeutung.

Zu bedenken ist, dass Polymere aus natürlichen oder biobasierten Rohstoffen häufig biologisch abbaubar sind, aber auch Produkte erzeugt werden können, die beständig sind. Ebenso sind Polymere ausfossilen Rohstoffen zwar häufig von hoher Beständigkeit, aber auch abbaubare Produkte können erzeugt werden (siehe AbsatzAbbaubare, erdölbasierte Polymere).

Je nach Anwendung werden unmodifizierte Roh-Biopolymere mit anderen Roh-Biopolymeren vermischt (geblendet), um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen. Hersteller von solchen Blends sind z. B.Novamont, Biotec, FKuR und Limagrain.

• Biowerkstoff

• Biopolymer Database, Datenbank mit Eigenschaften von Biopolymeren für technische Anwendungen, erstellt von derFH Hannover und M-Base Engineering + Software GmbH
• Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung, Forschung und Entwicklung unter anderem im Bereich Biopolymere
• Umweltbundesamt,Untersuchung der Umweltwirkungen von Verpackungen aus biologisch abbaubaren Kunststoffen (PDF; 3,1 MB) 2012

• P. Eyerer, P. Elsner, T. Hirth (Hrsg.):Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften. 6. Auflage. Springer Verlag, Heidelberg 2005,ISBN 978-3-540-21410-6, S. 1443–1482.
• Hans-Josef Endres, Andrea Siebert-Raths:Technische Biopolymere. Hanser-Verlag, München 2009,ISBN 978-3-446-41683-3.

1. ↑^abH.-J. Endres, A. Siebert-Rath:Technische Biopolymere. Hanser-Verlag, München 2009,ISBN 978-3-446-41683-3.
2. ↑Biopolymere. Abgerufen am 18. Januar 2017. 
3. ↑^abcBiokunststoffe. european-bioplastics.org, InteressenverbandEuropean Bioplastics, abgerufen am 27. März 2010.

• Biopolymer
• Biokunststoff