Können landwirtschaftliche Abfälle in nachhaltige Kunststoffe umgewandelt werden?

In einer Welt, in der den Menschen die Zeit ausgeht, den Planeten zu retten, ist eines der größten Probleme die weitverbreitete Abhängigkeit von Kunststoffen, die die Anpassungsfähigkeit des Ökosystems an den Klimawandel verringert. Jetzt haben Wissenschaftler in einer neuen Studie einen Weg gefunden, landwirtschaftliche Abfälle in leistungsstarke, nachhaltige Kunststoffe umzuwandeln.

Die von Forschern der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne geleitete Studie hat eine neue Methode zur Herstellung von Polyamiden – einer Klasse von Kunststoffen, die für ihre Festigkeit und Haltbarkeit bekannt sind, wie Nylons – unter Verwendung eines Zuckerkerns aus landwirtschaftlichen Abfällen entwickelt. Diese Methode könne zu einer effizienten Transformation mit minimalen Auswirkungen auf die Umwelt führen, heißt es in der Pressemitteilung der Universität.

Im Allgemeinen benötigen Kunststoffe auf fossiler Basis aromatische Gruppen, um ihnen Steifigkeit zu verleihen, was zu Eigenschaften wie Härte, Festigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit führt. Die neue Studie zeigt, dass diese Leistungseigenschaften mithilfe einer Zuckerstruktur erreicht werden können, die in der Natur allgegenwärtig und im Allgemeinen völlig ungiftig ist.

Die Forscher entwickelten ein katalysatorfreies Verfahren, um Dimethylglyoxylat-Xylose, ein stabilisiertes Kohlenhydrat, das direkt aus Biomasse wie Holz oder Maiskolben hergestellt wird, in hochwertige Polyamide umzuwandeln. Dies wird mit einer Atomeffizienz von 97 % erreicht, was bedeutet, dass fast das gesamte Ausgangsmaterial im Endprodukt verwendet wird. Dadurch wird der Abfall deutlich reduziert.

Die Studie zeigte, dass die neuen nachhaltigen Kunststoffe nicht nur potenzielle Alternativen zu Kunststoffen sein können, sondern auch mehrere Zyklen des mechanischen Recyclings überstehen und dabei ihre Integrität und Leistung bewahren können, heißt es in der Erklärung. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Nachhaltigkeit in der Natur.

Diese biobasierten Polymide haben eine Reihe von Anwendungen, von Automobilteilen bis hin zu Konsumgütern, die alle den CO2-Fußabdruck massiv reduzieren können. Die Analyse des Forschungsteams ergab, dass diese Materialien im Vergleich zu herkömmlichen Polyamiden wie Nylon preislich konkurrenzfähig sind und eine Reduzierung des Treibhauspotenzials um bis zu 75 % aufwiesen.

Obwohl biobasierte Kunststoffe dazu beitragen sollen, die Plastikverschmutzung zu reduzieren, stellt ihre Entsorgung ein großes Problem dar. Da Biokunststoffe ähnlich aussehen und sich anfühlen wie erdölbasierte Kunststoffe, landen sie oft im Recyclingstrom und nicht im Komposter.

Um dieses Problem anzugehen, arbeiteten Forscher des Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) und des Joint BioEnergy Institute (JBEI) letztes Jahr mit X zusammen, dem Moonshot-Inkubator unter der Leitung von Alphabet, der Muttergesellschaft von Google. Sie entwickelten ein einfaches Verfahren zum Abbau von Mischungen aus erdölbasierten und biobasierten Kunststoffen mithilfe natürlich gewonnener Salzlösungen gepaart mit speziellen Mikroben, sagten die Forscher in einer Pressemitteilung.

Bei diesem Prozess zerlegen die Salze die Materialien von Polymeren in einzelne Moleküle, die die Mikroben dann zu einer neuen Art von biologisch abbaubarem Polymer fermentieren. Dieser Prozess könnte Biokunststoffe nachhaltiger machen und ihr Potenzial als Alternative zu herkömmlichen erdölbasierten Kunststoffen erhöhen.