Neuer nachhaltiger Kunststoff ist so hart wie PET und abbaubar
Nachhaltigen Kunststoff zu entwickeln, der die Eigenschaften der erdölbasierten Pendants besitzt, ist eine Herkulesaufgabe. Forscher:innen der polytechnischen Bundesuniversität Lausanne (EPFL) haben sich ihr gestellt. Herausgekommen ist ein PET-ähnliches Polymer, das sich aus nicht-essbaren Pflanzenteilen herstellen lässt und bemerkenswerte Eigenschaften besitzt. Die Wissenschaftler:innen des Labors für nachhaltige und katalytische Verarbeitung (LPDC) haben ihre Erkenntnisse nun in einem Artikel in der Nature Chemistry veröffentlicht.
Die Verfasser:innen schreiben in einem Beitrag der Universität: „Der Kunststoff ist zäh, hitzebeständig und eine gute Barriere für Gase wie Sauerstoff.“ Das mache ihn zu einem vielversprechenden Kandidaten für Lebensmittelverpackungen. Als weitere Anwendungsgebiete nennen die Forscher:innen Textilien, Medizin und Elektronik. Man habe das Material bereits zu Folien und Fasern sowie zu Fäden für den 3D-Druck verarbeitet. Aufgrund seiner Struktur lasse sich der neue Kunststoff auch chemisch recyceln und in der Umwelt wieder zu harmlosen Zuckern abbauen.
Wir müssen aus fossilen Brennstoffen aussteigen und die Vermeidung von Kunststoffen in der Umwelt ist ebenfalls ein Schlüssel zur Bewältigung der Herausforderung des Klimawandels. Daher werden erhebliche Anstrengungen unternommen, um abbaubare oder recycelbare Polymere zu entwickeln, die aus nicht essbarem Pflanzenmaterial hergestellt werden, das als „Lignocellulose-Biomasse“ bezeichnet wird.
Natürlich ist die Herstellung wettbewerbsfähiger Kunststoffe auf Biomassebasis nicht einfach. Es gibt einen Grund dafür, dass herkömmliche Kunststoffe so weit verbreitet sind, da sie niedrige Kosten, Hitzestabilität, mechanische Festigkeit, Verarbeitbarkeit und Kompatibilität vereinen – Eigenschaften, die jeder alternative Kunststoffersatz erreichen oder übertreffen muss. Und bisher war die Aufgabe herausfordernd
Organische Abfälle zu Kunststoff kochen
Der Leiter des Teams, Jeremy Luterbacher, erklärt den Produktionsprozess so: „Im Grunde genommen ‚kochen‘ wir einfach Holz oder anderes nicht essbares Pflanzenmaterial, wie z. B. landwirtschaftliche Abfälle in kostengünstigen Chemikalien, um das Kunststoffvorprodukt in einem Schritt herzustellen.“ Da die Zuckerstruktur erhalten bleibe, sei die Chemie viel einfacher als bei den derzeitigen Alternativen. Der zweite Trick besteht in der Härtung des Materials.
Stabilisierung per Aldehyd
Der Kern der Technik besteht in der Zugabe des Aldehyds Glyoxylsäure, das bestimmtes Pflanzenmaterial stabilisiert und deren Zerstörung bei der Extraktion verhindert. Erstautor Lorenz Manker erklärt: „Durch die Verwendung eines anderen Aldehyds – Glyoxylsäure statt Formaldehyd – konnten wir einfach ‚klebrige‘ Gruppen auf beiden Seiten der Zuckermoleküle anheften, die dann als Kunststoffbausteinefungieren. Mit dieser einfachen Technik sind wir in der Lage, bis zu 25 Prozent des Gewichts von landwirtschaftlichen Abfällen oder 95 Prozent des gereinigten Zuckers in Kunststoff umzuwandeln.“ Das Material lasse sich „unglaublich einfach“ herstellen und sei leicht abbaubar.