Hydrogele/Hydrogel-Komposite

A) Definitionen/Begriffs-Erläuterungen

Hydrogele sind dreidimensionale Netzwerke aus natürlichen oder synthetisch basierten Hydrogel-Polymeren, auch Superabsorber(-Polymere, abgek. SAP) genannt, und Wasser.

“Eigentlich” ist gleich welches SAP im Trockenzustand noch kein Hydrogel, bevor das Polymer Wasser eingelagert hat. In der Alltagssprache hat sich Hydrogel inzwischen weitreichend für alles eingebürgert, was Wasser speichern kann oder schon gespeichert hat.

Polymere sind (vereinfacht) komplexe Moleküle (chemische Ketten- bzw. vernetzte Verbindungen) aus einzelnen Monomeren (gleichen oder gleichartigen Einheiten).

Polymere kommen in der Natur vor (Cellulose, Lignin, Stärke u. a. in Pflanzen) oder können “künstlich hergestellt” bzw. synthetisiert werden. (Faktisch synthetisieren  Mensch und Tier, z. B. Proteine, ganz natürlich im Körper).

Bio-Polymere: Die in der Natur vorkommenden, von Pflanzen selbst synthetisierten Polymere (wie Cellulose etc., s. o.), können in ihrer “Rohform” nicht einfach als nachwachsende Rohstoffe “abgegriffen” werden.
Vielmehr müssen sie, wie z. B. Stärke aus Kartoffeln oder Mais auf konkurrierenden Agrar-Flächen, erst mal aus den ursprünglichen Lebens- oder Futter-Mitteln durch industriell-chemische Verarbeitung extrahiert werden, um danach erneut nicht ohne einen gewissen Energie-Aufwand – mit gegenwärtig durchaus weiter erst mal auch einem gewissen CO2-Fußabdruck polymerisiert zu werden. 

Natürlich macht es absolut Sinn, erdöl-basierte “synthetische” Polymere nicht nur für u. a. Verpackungen, Einweg-Geschirr usw. nach Möglichkeiten durch Bio-Polymere zu ersetzen, denn:

Erdöl ist zwar auch prinzipiell ein nachwachsender Rohstoff – es dauert halt “nur” Mio. v. Jahren, bis aus pflanzlichen und tierischen Verfallsprodukten dann auch mal letztlich Erdöl wird. 

Dieser “Umstand” legt ein gewisses nachhaltig für zukünftige Generationen verantwortliches Handeln nahe, zumal von früher noch reichlich vorhandenen Mengen dieses fossilen Rohstoffs inzwischen (innerhalb “erdgeschichtlich” recht kurzer Zeit) schon sehr üppig von nur sehr wenigen Generationen “verprasst” wurde.

Jedoch: Der inzwischen durch  ansonsten chemisch-biologisch schlicht naiven generellen “Pfui-Reflex” gegenüber allem, was mit Erdöl zu tun hat, ist teils erst mal nur ein propagandistischer bzw. Werbe-Erfolg mit unverkennbaren Interessen dahinter, “grüner Gewaschenes” als es tatsächlich “grün” ist “diversifizierend” nicht weniger profitabel verkaufen zu können.

Sollten Sie inzwischen “dazu ergänzend” auch den Reflex entwickelt haben, dass ihnen alles, was auf nachwachsenden Rohstoffen – jedoch nur grundsätzlich basiert -, mit einem gewissen “Vorvertrauen” zur Kenntnis zu nehmen, könnte Ihnen jetzt aber auch ein gewisser “Wermutstropfen”  nicht erspart bzw. weiter im Text “einschenkt” werden..

Biologische Abbaubarkeit und Kompostierbarkeit von Bio-Polymeren hängen primär von deren letztlich a) konkreter (chemischer) Molekularstruktur, b) von der “Umgebung” (an der “Luft”, im Wasser bzw. im Boden – nicht zuetzt von dort jeweils relevant verfügbarer Mikroorganismen -, c) von den Temperaturbedingen im jeweiligen “Medium” ab – und keineswegs allein davon, dass sie ansonsten “grundsätzlich” auf nachwachsenden oder fossilen Rohstoffen basieren.

B) Unterschiedliche Marketing-Herausforderungen für Hydrogel-Anbieter 

Wer weiter “klassische”, erdöl-basierte Superabsorber als Hydrogele für Pflanzen vertreibt, muss herunter spielen/unerwähnt lassen, dass die biologische Abbaubarkeit (im Bonden nach aktuellem Stand der Forschung letztlich nur eine “Halbwahrheit” ist, denn: Jenseits längst wiss. hinreichend “initialen” biologischen Abbaus auch von in Chemie-Fabriken produzierten, erdöl-basierten Superabsorber-Polymeren, bleibt bislang “halt” ein nicht ganz unerheblicher wiss. noch nicht aufgeklärter “Rest-Abbau” bzw. die Sorge, dass evtl. über recht viele Jahre verbleibende Mikro-Plastik in Gewässer abdriften und dort Schäden für Mensch und andere Lebewesen anrichten könnte.

Wer Bio-Polymere als “ultimative, 100%ig biologisch abbaubare etc.” Hydrogele “dagegen” auf dem Markt platzieren möchte, darf erstens (s. o. zu inzwischen weit verbreitete “Reflexen” auf “Bio-Reize” von Verbraucher:innen) durchaus vertriebs-erfolgreich hoffen:  Nicht wenige private Endverbraucher:innen “glauben” inzwischen daran, dass alles und jedes, was an “ultimativen” Wasserspeichern auf dem Markt angeboten wird und – “auf nachwachsenden Rohstoffen “basiert”, grundsätzlich gut und besser” wäre als alles Vorherige an Wasser und Nährstoffe/Dünger speichernden Granulaten. 

Des Weiteren macht es für die Vertriebsleute von Bio-Kunststoff-Polymeren auch Sinn, auf die Wirkdauer ihrer Hydrogel-Präparate nicht näher einzugehen, denn: 

Dies war als recht kurze bzw. viel zu kurze Wirkungsdauer über nicht mal eine einzige Pflanzsaison  lange Zeit eine “Kinderkrankheit” von so genannten Bio-Polymeren als Hydrogele für Pflanzen. 

Als seitens IDEA 2015 ein Patentantrag für ein Bio-Polymer auf auch Stärkebasis eingereicht wurde (nach positivem Bescheid einer “Machbarkeits-Studie” durch das Frauenhofer Institut) betraf dies ein Bio-Hydrogel, das auf wenigstens einjährige Wirksamkeit, also über eine ganze Pflanzsaison, “einstellbar” gewesen wäre. 

Nur: Aus Kosten- wie auch Zeit(aufwand)-Gründen geht es unterm Strich ja nicht zuletzt darum, wie lange ein Hydrogel für Pflanzen wirkt: sowohl im Agrarbereich wie auch in Heim & Garten.

Natürlich gibt es u. a. “nicht nur einen gewissen” Zusammenhang zwischen Wirkdauer und biologischem Abbau von Hydrogelen für Pflanzen. Pardon, was inzwischen (teils) bereits “abgebaut” wurde, kann wohl kaum weiter noch “voll wirken”.

Ein Steady-State bzw. eine kontinuierlich weiter “volle Wirkung”, sei es auf Acker- oder Garten-Flächen, kann üblicherweise nur über eine gewisse Nachdosierung mit allerding geringeren als den Initial-Dosierungen erzielt werden. 

Und das führt zu Fragen von mehr oder weniger Praktikabilität von “Nachimpfungen” bzw. “Boosterungen”:

Wie sollen sich diesbezüglich jedoch pure synthetische oder auch auf Extrakten aus nachwachsenden Rohstoffen extrahierte Polymerisationen, die gleichermaßen zu einer typischen Gelbildung bzw. “Verklumpung” neigen, im Wurzelbereich von Pflanzen dort durch kontinuierliche Wirksamkeit erhaltende Nachimpfungen adäquat insgesamt weiter verteilen, ohne Feinwurzelbildung insgesamt durch “Verklumpung” an nur wenigen Stellen zu blockieren bzw. insgesamt nicht auch “nachhaltig” im gesamten Wurzelbereich feinverteilt  fördern zu können? (s. dazu https://geoplant-aquasafe.de/hydrogele-hydrogel-komposite/geloeste-probleme-durch-kompositbildung).s

Scharfkantige mineralische Matrix-Ummantelung der Hydrogel-Komposit-Partikel unterm Mikroskop
Die mineralische Matrix-Ummantelung der Hydrogel-Komposite von IDEA unterm Mikroskop

C) Die bislang beste Nachhaltigkeitslösung ist ein guter Kompromiss

Vor diesem Hintergrund nutzen wir aus realistisch-pragmatischen  Nachhaltigkeitsgründen bis auf Weiteres eine grundsätzlich wirkgleiche Komposit-Erfindung, die wenigstens nur mit 2/3 an synthetischem SAP auskommt und dabei zusätzlich noch natürliche Boden-Hilfsstoffe in die jeweiligen Pflanzungen hinein gibt. 

Geht so mit Hydrogel-Kompositen, deren Partikel

  1. durch eine scharfkantige mineralische Matrix umhüllt sind, die sie am Zusammenkleben/an einer SAP-typischen Gelbildung hindert (betrifft synthetisches ebenso wie natürliches SAP)
  2. als Mikro-Partikel eine insgesamt größere Oberfläche haben und damit rascher und mehr Wasser absorbieren können
  3. mit scharfkantiger Oberfläche auch nicht “(aal-)glatt” sind und deshalb besser an den Erdkrumen (im Wurzelbereich) anhaften.

Zumindest erdöl-basierte Hydrogel-Polymere können (unter Labor-Bedingungen) bis zum 1.000-Fachen des (trockenen) Eigengewichts (destilliertes) Wasser und (“aus chemischen Gründen”: in geringerem, aber noch immer erheblichen Maße) wässrige (u.a. Dünger-)Lösungen reversibel speichern, also immer wieder speichern und abgeben.

D) Wasserspeicherkapazität von Hydrogel(-Poymeren)

Die von (“klassisch”) synthetischem  SAP in natürlicher Erde oder anderen Pflanzsubstraten ist (im Vergleich zur Speicherung im Labor-Reagenzglas, mit destilliertem Wasser aufgegossen), auf weniger als die Hälfte begrenzt.

Auch das ist jedoch schon sehr viel und bietet grundsätzlich interessante Perspektiven für die Ernährungssicherheit einer ständig weiter wachsenden Weltbevölkerung, auch für pflegeleichte private Gärten mit etwas Gemüse für den Eigenbedarf samt Zierpflanzen-Prachtblüte fürs Auge im Zuhause (auch unter dem üblichen Zeitdruck der “Mittelalterigen” einer Familie und wenn alle zusammen mal in Urlaub fahren).

Seit vielen Jahren bereits wird weltweit experimentiert, um Erdöl-basierte synthetische (dennoch chemisch “organische”) Superabsorber durch natürliche, pflanzliche, im weitesten Sinne Biomassen-basierte Hydrogel-Polymere zu ersetzen. Dass dies grundsätzlich geht, ist inzwischen außer Frage.

Dazu gibt es inzwischen auch schon eine Legion von wissenschaftlicher Literatur und diverse Patente – nur bisher noch immer keine ebenso wirtschaftliche wie ökologisch perfekte Lösungen für die Praxis.

Und nicht zuletzt: Unser pragmatischer, derzeit bis auf Weiteres bestmöglicher Nachhaltigkeitskompromiss ist hinsichtlich speziell energiesparender Herstellungstechnologie bereits offen dafür, zum gegebenen Zeitpunkt auch geeignete natürliche Hydrogel-Polymere zu integrieren, die

  1. lange genug wirken, also mindestens eine Pflanzsaison lang,
  2. für ggf. nur eine Pflanzsaison wirtschaftlich herstellbar und entsprechend verkauft werden könnten oder
  3. wie unser GeoPlant Aquasafe mit Langzeit-, aber über 3-5 Jahre nachlassender, Wirkung – für eine konstante Weiterwirkung gleichermaßen unkompliziert nachdosiert werden könnten.

Wir sind also bereits längst in eine noch perfektere Öko-Zukunft hinein aufgestellt. Es mangelt bislang nur noch an dem oben skizzierten idealen natürlichen SAP.

In der Werbung am Markt stoßen Sie oder wir auf Aussagen wie z. B., dass rein synthetische Polymere “5 Jahre lang mit voller Power” wirken würden. Das widerspricht nicht nur unseren längsjährigen Testpflanzungs-Erfahrungen, sondern vor allem dem Stand der Forschung, und das schon seit Jahren.

Im gesamten Kontext darf sachlich eine Referenz der neuerdings am Markt befindlichen Polylactide (PLA) nicht fehlen (basierend bzgl. PAL auf einer Polymerisation von Milchsäuren, wie jede andere chemische Polymerisation). Bislang am Markt befinden sich so genannte Light Strips aus PLA (70 % und Zellulose 30 %) mit der Werbung “(total) biologisch abbaubar” zu sein. Wir beschränken uns diesbezüglich auf die Einschätzung des Deutschen Bundesumweltamts, das dies hinsichtlich PAL nur in industriellen Kompostieranlagen für realistisch möglich hält. So etwas findet sich am Rande z. B. jedes Kleingartens, wo die wieder aus der Erde ausgebuddelten Lite Strips abgeliefert werden könnten.

Hinzu kommt, dass die bislang für die Lite Strips beanspruchte Wasserspeicherkapazität leicht nachweisbar, in jedem auch “nur Küchen-Labor” weder für destilliertes noch für gleich welches Leitungs-Wasser so gilt wie “recht vollmundig” u. a. auf der Produkt-Verpackung “angekündigt/beansprucht”. 

Im Vergleich: Wie in jedem auch nur “Küchen-Labor” leicht nachvollzierbar speichern die Lite Strips lediglich die gleiche (u. a.) Wasser-Menge wie Feingranulat oder Pellets von IDEA, jedoch zu einem rund vierfachen Verkaufspreis pro vergleichbarer Produkteinheit. 

Keineswegs möchten wir solche neuen innovativen Produkte von Mitbewerbern am Markt nur schlecht reden. Wir fragen uns lediglich, warum nicht alle Mitbewerber am Markt hinsichtlich faktischer Rest-Einschränkungen biologischer Abbaubarkeit nicht wie wir einfach Farbe bekennen (und die Verbraucher teils überwiegend nur mehr werbend als als seriös aufklärend) “informieren”.

Eine bloße zeitliche Hochrechnung von kurzzeitigen experimentellen “Vergrabungen in Erde” für Bio-Polymere (hinsichtlich Gewichtsverlust etc. des in Erde Vergrabenen) ist kein hinreichender Beleg für Behauptung, das größere Vliese oder deren “Schnipsel”, die aus 70 % PLA bestehen, nach spätestens 10 J. biologisch “100%ig” bzw. “total” biologisch abgebaut wären. 

Das (deutsche) Umweltbundesamt 

Rein zufällig bietet die Verkaufs-Website der Vertreiber auch keinerlei Links auf einschlägige weitere wiss. Untersuchungen zum biologischen Abbau von PLA dazu.

So etwas lässt sich allerdings auch noch toppen: Mit dem schicken Namen “Fairgreen” tummelt sich inzwischen ein weiteres Bio-Hydrogel auf dem deutschsprachigen Markt: Das sehr feinkörnige milchig weiße Granulat wird primär damit beworben, dass es nicht Erdöl-basiert und zu 100 % biologisch abbaubar wäre. Auch handele sich um einen Langzeit-Wasserspeicher. 

Und mit einer GTIN-Nr. vom deutschen Monopolisten, der diese Nrn. verkauft, reicht das dann auch schon für einen Vertrieb via Amazon: ohne jede nähere Inhaltsangabe und Spezifikation von Wirkdauer (wie immer recht jenseits von gewissen hierzulande in Deutschland ansonsten gewisser Gültigkeit der DüMV  §6 bzgl. “Kennzeichnung(-pflichten)”, auch für gleich welche Bodenilfsstoffe bzw. Kultursubstrate für deren Inverkehrbringen.