{"id":120590,"date":"2023-01-10T07:26:00","date_gmt":"2023-01-10T06:26:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=120590"},"modified":"2023-01-05T14:45:20","modified_gmt":"2023-01-05T13:45:20","slug":"hochbelastbar-und-biologisch-abbaubar","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/hochbelastbar-und-biologisch-abbaubar\/","title":{"rendered":"Hochbelastbar und biologisch abbaubar"},"content":{"rendered":"\n

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\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

Wie k\u00f6nnen Kunststoffe so gestaltet werden, dass ihre positiven Materialeigenschaften erhalten bleiben, sie aber gleichzeitig besser rezykliert werden k\u00f6nnen? Diese und andere Fragen zur Umweltvertr\u00e4glichkeit von Kunststoff-Materialien erforscht der Chemiker Stefan Mecking in seiner Arbeitsgruppe an der Universit\u00e4t Konstanz. In ihrem\u00a0aktuellen Artikel<\/a>\u00a0in der internationalen Ausgabe der Fachzeitschrift Angewandte Chemie<\/em> stellt die Arbeitsgruppe nun einen neuen Polyester vor, der industriell gefragte Materialeigenschaften und gute Umweltvertr\u00e4glichkeit in einem Kunststoff vereint.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Normalerweise kaum vereinbar<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Kunststoffe bestehen aus langen Aneinanderkettungen eines oder weniger chemischer Grundbausteine, sogenannter Monomere. Kunststoffe, die sich durch eine hohe Kristallinit\u00e4t und einen wasserabweisenden Charakter auszeichnen und dadurch mechanisch hochbelastbar und best\u00e4ndig sind, sind weit verbreitet. Ein bekanntes Beispiel ist hochdichtes Polyethylen (HDPE), dessen Grundbausteine unpolare Kohlenwasserstoffmolek\u00fcle sind. Was auf der einen Seite vorteilhaft f\u00fcr die Anwendungseigenschaften sein kann, birgt jedoch auch Nachteile: Das Recycling derartiger Kunststoffe \u2013 also die R\u00fcckgewinnung der Grundbausteine \u2013 ist sehr energieaufw\u00e4ndig und ineffizient. Gelangen die Kunststoffe unbeabsichtigt in die Umwelt, werden sie dort nur extrem langsam abgebaut.<\/p>\n\n\n\n

Eine Strategie, die Mecking und seine KollegInnen bereits seit l\u00e4ngerem verfolgen, um diese vermeintliche Unvereinbarkeit der Best\u00e4ndigkeit und Abbaubarkeit von Kunststoffen zu umgehen, ist der Einbau chemischer \u201eSollbruchstellen\u201c in ihre Materialien. Sie konnten bereits zeigen, dass dies die\u00a0Rezyklierbarkeit von polyethylenartigen Kunststoffen<\/a>\u00a0deutlich verbessert. Eine gute biologische Abbaubarkeit ist dadurch jedoch nicht automatisch gew\u00e4hrleistet. <\/p>\n\n\n\n

\u201eKunststoffe mit hoher Z\u00e4higkeit erreichen diese oft durch eine Ordnung in dichtgepackte, kristalline Strukturen\u201c, erkl\u00e4rt Mecking: \u201eDie Kristallinit\u00e4t in Kombination mit dem wasserabweisenden Charakter bremst jedoch in der Regel die biologische Abbaubarkeit der Materialien stark, weil sie die Zug\u00e4nglichkeit der Sollbruchstellen f\u00fcr Mikroorgansimen erschwert.\u201c <\/p><\/blockquote>\n\n\n\n

F\u00fcr den neuen Kunststoff, den die Forschenden nun vorstellen, gilt dies jedoch nicht.<\/p>\n\n\n\n

Kristallin und dennoch kompostierbar<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Der neue Kunststoff, Polyester-2,18, besteht aus zwei Grundbausteinen: einer kurzen Diol-Einheit mit zwei Kohlenstoffatomen und einer Dicarbons\u00e4ure mit 18 Kohlenstoffatomen. Beide Grundbausteine k\u00f6nnen leicht aus nachhaltigen Rohstoffquellen gewonnen werden. So ist beispielsweise der Ausgangsstoff f\u00fcr die Dicarbons\u00e4ure, die den Hauptbestandteil des neuen Polyesters ausmacht, pflanzlichen Ursprungs. In seinen Eigenschaften \u00e4hnelt der Polyester denen von HDPE: Durch seine kristalline Struktur besitzt er zum Beispiel eine hohe mechanische Stabilit\u00e4t und auch Temperaturbest\u00e4ndigkeit. Gleichzeitig zeigten erste Versuche zur Rezyklierbarkeit, dass aus dem Material unter vergleichsweise milden Bedingungen seine Grundbausteine zur\u00fcckgewonnen werden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

Der neue Polyester besitzt jedoch eine weitere, eher unerwartete Eigenschaft: Trotz seiner hohen Kristallinit\u00e4t ist er biologisch abbaubar, wie Laborversuche mit nat\u00fcrlicherweise vorkommenden Enzymen und Tests in einer industriellen Kompostieranlage zeigten: Der Polyester konnte durch die Enzyme im Laborversuch innerhalb weniger Tage abgebaut werden. Die Mikroorganismen in der Kompostieranlage ben\u00f6tigten etwa zwei Monate, sodass der Kunststoff sogar ISO-Kompostierungsnormen erf\u00fcllt. <\/p>\n\n\n\n

\u201eWir waren selbst \u00fcber diese schnelle Abbaubarkeit erstaunt\u201c, so Mecking<\/strong>, der erg\u00e4nzt: \u201eNat\u00fcrlich lassen sich die Ergebnisse aus der Kompostieranlage nicht eins zu eins auf jede erdenkliche Umweltsituation \u00fcbertragen. Sie belegen dennoch die biologische Abbaubarkeit des Materials und deuten darauf hin, dass es um ein Vielfaches weniger persistent ist als Kunststoffe wie HDPE, sollte es einmal unbeabsichtigt in die Umwelt gelangen.\u201c<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n

Sowohl die Rezyklierbarkeit des Polyesters als auch seine Bioabbaubarkeit unter verschiedenen Umweltbedingungen sollen nun noch weiter untersucht werden. Anwendungsm\u00f6glichkeiten f\u00fcr das neue Material sieht Mecking zum Beispiel im 3D-Druck oder bei der Herstellung von Verpackungsfolien. Hinzu kommen weitere Felder, in denen Kristallinit\u00e4t in Kombination mit Rezyklierbarkeit und Abbaubarkeit von Abrieb oder \u00e4hnlichen Materialverlusten w\u00fcnschenswert ist.<\/p>\n\n\n\n

Originalpublikation<\/h3>\n\n\n\n

Marcel Eck et al. (2022) Biodegradable high density polyethylene-like material. Angewandte Chemie International Edition; DOI:\u00a0https:\/\/doi.org\/10.1002\/ange.202213438<\/a><\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n

Fakten\u00fcbersicht<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
  • Forschende der Universit\u00e4t Konstanz entwickeln einen neuen Kunststoff, der sich durch hohe Belastbarkeit bei gleichzeitiger biologischer Abbaubarkeit und guter Rezyklierbarkeit auszeichnet.<\/li>
  • Stefan Mecking ist Professor f\u00fcr Chemische Materialwissenschaft am Fachbereich Chemie der Universit\u00e4t Konstanz. Er erforscht mit seiner Arbeitsgruppe katalytische Verfahren, die auf mehreren Ebenen die Umweltvertr\u00e4glichkeit von Kunststoffen steigern.<\/li>
  • Finanzierung: Europ\u00e4ische Union in Form eines ERC Advanced Grants f\u00fcr das Projekt DEEPCAT (Degradable Polyolefin Materials Enabled by Catalytic Methods).<\/li><\/ul>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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