©  Alain Herzog (EPFL) / Ein 3D-gedrucktes „Blatt“ aus dem neuen Biokunststoff.
© Alain Herzog (EPFL) / Ein 3D-gedrucktes „Blatt“ aus dem neuen Biokunststoff.

Neuer PET-ähnlicher Kunststoff aus Abfallbiomasse zerfällt zu Zucker

Wissenschaftler der EPFL in Lausanne haben einen neuen, PET-ähnlichen Kunststoff entwickelt, der einfach aus nicht essbaren Pflanzenteilen hergestellt werden kann.

Der Kunststoff ist zäh, hitzebeständig und bietet eine gute Barriere gegen Gase wie Sauerstoff, was ihn zu einem vielversprechenden Kandidaten für Lebensmittelverpackungen macht. Aufgrund seiner Struktur lässt 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.

Nun könnte sich diese Lage ändern: Wissenschaftlern unter der Leitung von Professor Jeremy Luterbacher von der Fakultät für Grundlagenwissenschaften der EPFL ist es gelungen, einen PET-ähnlichen Kunststoff aus Biomasse zu entwickeln, der die Kriterien für den Ersatz mehrerer aktueller Kunststoffe erfüllt und gleichzeitig umweltfreundlicher ist.

„Wir ‚kochen‘ im Grunde nur Holz oder andere nicht essbare Pflanzenmaterialien, etwa landwirtschaftliche Abfälle, in kostengünstigen Chemikalien, um in einem Schritt die Kunststoffvorstufe herzustellen“, sagt Luterbacher. „Indem die Zuckerstruktur innerhalb der Molekularstruktur des Kunststoffs intakt bleibt, ist die Chemie viel einfacher als bei aktuellen Alternativen.“

Die Technik basiert auf einer Entdeckung, die Luterbacher und seine Kollegen 2016 veröffentlichten , wo die Zugabe eines Aldehyds bestimmte Fraktionen von Pflanzenmaterial stabilisieren und ihre Zerstörung während der Extraktion vermeiden könnte. Durch die Umnutzung dieser Chemie konnten die Forscher eine neue nützliche biobasierte Chemikalie als Kunststoffvorläufer nachbauen.

„Durch die Verwendung eines anderen Aldehyds – Glyoxylsäure statt Formaldehyd – konnten wir einfach ‚klebrige‘ Gruppen auf beiden Seiten der Zuckermoleküle anheften, die dann als Kunststoffbausteine ​​fungieren“, sagt Lorenz Manker, Erstautor der Studie. „Mit dieser einfachen Technik können wir bis zu 25 % des Gewichts landwirtschaftlicher Abfälle oder 95 % des gereinigten Zuckers in Kunststoff umwandeln.“

Die abgerundeten Eigenschaften dieser Kunststoffe könnten ihren Einsatz in Anwendungen ermöglichen, die von Verpackungen und Textilien bis hin zu Medizin und Elektronik reichen. Die Forscher haben bereits Verpackungsfolien, Fasern, die zu Kleidung oder anderen Textilien versponnen werden könnten, und Filamente für den 3D-Druck hergestellt.

„Der Kunststoff hat sehr spannende Eigenschaften, insbesondere für Anwendungen wie Lebensmittelverpackungen“, sagt Luterbacher. „Und was den Kunststoff einzigartig macht, ist das Vorhandensein der intakten Zuckerstruktur. Dies macht es unglaublich einfach herzustellen, weil man das, was die Natur einem gibt, nicht modifizieren muss, und einfach abzubauen, weil es auf ein Molekül zurückgehen kann, das in der Natur bereits reichlich vorhanden ist.“


Artikel Online geschaltet von: / Doris Holler /