Brillante Erfinderinnen

Recycling: Chemiker stellen ersten zu 100 Prozent wiederverwertbaren Kunststoff her

Nach den Feiertagen sind in der Regel nicht nur unsere Bäuche gut gefüllt. Auch die Gelben Tonnen sind randvoll mit Plastikmüll von der reichen Bescherung und dem dreitägigen Festtagsmarathon. Von der PET-Flasche über die Verpackung von Tomaten und Gurken bis hin zum Styropor-Inlay des neuen Flat Screens: Kunststoffe machen gerade jetzt nach Weihnachten einen großen Anteil unserer Haushaltsabfälle aus. Übers Jahr gesehen produziert jeder Deutsche durchschnittlich etwa 70 Kilogramm Plastikmüll (Stand 2013), wovon nur rund die Hälfte recycelt werden kann. Der Rest wird in den Verbrennungsanlagen verfeuert und geht somit als Ausgangsmaterial für neue Verpackungen verloren.

In der Wissenschaft galt bisher die Meinung, dass es chemisch nicht möglich sei, einen vollständig wiederverwertbaren Kunststoff herzustellen. Professor Eugene Chen von der Colorado State University widerlegte mit seinem jüngsten Forschungsergebnis nicht nur diesen Irrglauben, er könnte damit auch für eine Revolution in Sachen Bioplastik sorgen. Mit seinem Team gelang es dem preisgekrönten Chemiker, einen nachhaltigen, erdölfreien, zu 100 Prozent wiederverwertbaren Kunststoff herzustellen. Aus dem in der Natur vorkommenden Monomer Gamma-Butyrolacton (GBL) stellten die Forscher ein festes Polymer her, das allein durch Erhitzen wieder in seine einzelnen Moleküle zerlegt werden kann. Ein Vorgang, für den bei ähnlichen Materialien weit aufwendigere Methoden benötigt werden.

Recycling-Rate von 100 Prozent

Das Material galt bisher als nicht polymerisierbar

Unter Wissenschaftlern galt das bei Raumtemperatur flüssige GBL, das in der Industrie üblicherweise in Klebstoffen und Lösungsmitteln zum Einsatz kommt, bisher als nicht polymerisierbar. Das heißt, dass die einzelnen monomeren Moleküle sich nicht verketten lassen und dadurch zu einem festen Material wie Kunststoff oder Plastik werden. Professor Chen, der sich stolz ‘Research Rockstar’ nennen darf, ließ sich davon jedoch nicht abschrecken und entdeckte tatsächlich eine Methode, mit der das flüssige GBL beim Abkühlen fest wird. Es gelang ihm sogar, je nach verwendeten chemischen Katalysatoren und Umgebungsbedingungen Polymere mit unterschiedlichen Grundstrukturen herzustellen. Diese sich bei der Synthese bildenden Formen sind entweder linear oder verzweigt und bestimmen im Wesentlichen die physikalischen Eigenschaften wie Dichte, Festigkeit und Schmelzpunkt des Stoffes.

Temperature

Das bedeutendste Ergebnis ist jedoch, dass sich dieses Poly-γ-Butyrolacton (PγBL) vollständig in seinen monomeren Ursprungszustand zurück begibt, wenn es für eine Stunde auf 220 (lineare Polymere) beziehungsweise 300 Grad Celsius (verzweigte Polymere) erhitzt wird. Das Material kann also ohne Verluste und Nebenprodukte recycelt und zu 100 Prozent wieder für die Herstellung neuer Kunststoffprodukte verwendet werden. In seiner chemischen Struktur ähnelt der Stoff dem Biopolymer Polyhydroxybuttersäure (P4HB), aus dem unter anderem biologisch abbaubares Plastik hergestellt wird. Da PγBL jedoch mit weniger Aufwand erzeugt werden kann, könnte es im wachsenden Markt für Biokunststoffe eine kostengünstige Alternative für das von Bakterien erzeugte Äquivalent darstellen.

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Kompostierbares Plastik mit schlechter Ökobilanz

Mehrwegverpackungen sind besser für die Umwelt

P4HB und andere kompostierbare Biokunststoffe wurden in den letzten Jahren als besonders umweltfreundlich beworben, doch schneiden sie mit ihrer Ökobilanz weit schlechter ab als gedacht. Sie sind zwar biologisch abbaubar, können jedoch nicht recycelt werden und dadurch wieder als Ausgangsmaterial für neue Verpackungen dienen. Zudem werden beim Anbau der Rohstoffe wie Mais in der Regel Düngemittel und Pestizide eingesetzt, die die Böden übersäuern und der Umwelt weit mehr schaden als künstlich hergestellte Mehrwegverpackungen.

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Aus diesem Grund weist Chens Entdeckung ein realistisches Erfolgspotenzial auf und wurde bereits zum Patent angemeldet. „In meinen 15 Jahren an der Colorado State University würde ich dies wahrscheinlich als die bedeutendste Arbeit meiner Forschungsgruppe bezeichnen“, sagt Chen. Trotzdem ist das Ziel noch lange nicht erreicht. Um den neuen Kunststoff erfolgreich am Markt etablieren zu können, muss erst eine bestimmte Menge im Produktionskreislauf vorhanden sein, damit sich das Sammeln und Recyceln lohnt. Nach den Hürden, die die Wissenschaftler überwunden haben, steht nun also auch die Industrie vor einer großen Herausforderung.

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Bild 1 & 2: Colorado State University – Chen lab
Gif: Giphy – HelpsGood

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