Mikroplastik der Zukunft soll komplett abbaubar sein

27. November 2024 0 Comments

Mit einem neuen Kunststoff will Takuzo Aida vom RIKEN Center for Emergent Matter Science laut einer Presseinformation vom November 2024 langfristig verhindern, dass zusätzliches Mikro- und Nanoplastik ins Meer gelangt. Das Material ist zwar langlebig, sodass es seine Aufgabe, etwa den Schutz von Lebensmitteln, erfüllen kann. Doch es ist biologisch abbaubar und zerfällt zudem bei Kontakt mit Meerwasser in die Moleküle, aus denen es aufgebaut ist. Details sind in „Science“ nachzulesen.

Bisherige Lösungen unperfekt

Seit Jahren wird daran gearbeitet, Alternativen zu herkömmlichen Kunststoffen zu entwickeln, die biologisch nicht abbaubar und umweltschädlich sind. Zwar gibt es bereits Teillösungen, doch viele dieser Materialien wie Polymilchsäuren werden im Meer nicht abgebaut, weil sie wasserunlöslich sind. Diese Einschränkung führt dazu, dass Mikroplastik – winzige Fragmente, die kleiner als fünf Millimeter sind – in marinen Ökosystemen verbleiben, das Leben im Wasser schädigen und in die Nahrungskette gelangen, und somit auch in den Menschen.

**Künstlerische Wiedergabe des neuen Kunststoffs.** Vernetzte Salzbrücken, die außerhalb des Meerwassers im Kunststoff sichtbar sind, verleihen ihm seine Struktur und Festigkeit. Im Meerwasser (und im Boden, nicht abgebildet) zerstört das Wiederversalzen die Brücken, macht es wasserlöslich, verhindert so die Bildung von Mikroplastik und lässt das Plastik biologisch abbaubar werden.

Die neuen RIKEN-Kunststoffe sind durch die Kombination von zwei Monomeren hergestellt worden, die durch sogenannte Salzbrücken elektrochemisch zusammengehalten werden. Das sorgt laut den Wissenschaftlern was für Festigkeit und Flexibilität. Eines der beiden Monomere ist Natriumhexametaphosphat, das vor allem in der Wasseraufbereitung zum Einsatz kommt. Das das andere besteht aus Guanidiniumsulfaten. Beide können von Bakterien abgebaut werden, wenn sie durch Meerwasser aus dem Kunststoff freigesetzt worden sind.

Jeder Kunststoff ist imitierbar

Salzbrücken sind stabile Verbindungen, solange sie keinen Elektrolyten ausgesetzt sind, wie sie in Meerwasser vorkommen. Die Zersetzung erfolgt in wenigen Stunden. Dann beseitigen die Bakterien die Überreste. Die neuen Kunststoffe sind ungiftig, nicht brennbar und lassen sich wie andere Thermoplaste bei Temperaturen von rund 120 Grad Celsius umformen.

(A) Molekulare Strukturen von SHMP (orange) und einem Monomer auf Guanidiniumsulfat (Gu)-Basis. (B) Spontane Flüssig-Flüssig-Trennung nach dem Mischen wässriger Lösungen der Monomere. Die obere Flüssigkeit ist wasserreich und enthält Natrium- und Sulfationen, während die untere Flüssigkeit viskos ist und das 3D-vernetzte supramolekulare Polymer enthält.

Durch verschiedene Arten von Guanidiniumsulfaten hat das Team Kunststoffe mit unterschiedlichen Härten und Zugfestigkeiten erzeugt, die mit herkömmlichen Kunststoffen vergleichbar oder besser sind. Ob es allerdings genügend Rohstoffe zur Herstellung der neuen Kunststoffe gibt, ist noch unklar.