Neues Verfahren verspricht, Plastikmüll in Arzneimittel umzuwandeln

Catalina Island, 22 Meilen vor der Küste von Los Angeles gelegen, sammelte einst Hollywood-Könige, Schmuggler und Silbergräber. Jetzt sammelt es Müll. Sein windzugewandter Hafen ist ein Sammelpunkt des Great Pacific Garbage Patch, einer enormen Ausbreitung von Mikroplastik mit angesammelten größeren Trümmern, die sich über mehr als 1,6 Millionen Quadratkilometer erstreckt. Es ist ein deutlicher Beweis für die Auswirkungen der ständig wachsenden weltweiten Kunststoffproduktion, die bis 2040 schätzungsweise ein Volumen von 1,1 Milliarden Tonnen jährlich erreichen wird.

Inspiriert von diesem Problem haben USC-Forscher eine Methode entwickelt, um Post-Consumer-Mischkunststoffe mit beispielloser Effizienz in eine Vielzahl unterschiedlicher und wertvoller Sekundärprodukte umzuwandeln. Diese zweistufige Methode, beschrieben diese Woche in Angewandte Chemiehat spannende potenzielle Anwendungen für die pharmazeutische Entwicklung, Herstellung von Materialien und anderen Produkten.

„Polyethylen wird von den Kunststoffen im großen Maßstab am wenigsten recycelt – die EPA schätzt, dass weniger als 6 % tatsächlich recycelt werden – und nur 30 % der Masse sind normalerweise wiederverwertbar“, sagte Travis Williams, Co-Autor der Studie und Professor für Chemie am USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences. „Wir haben Bedingungen entwickelt, bei denen es möglich ist, 83 % der Masse des Polymers als diskrete, nützliche Produkte wiederzugewinnen. Wir können sogar ein Produkt mit geringer Dichte wie eine Plastiktüte nehmen und etwa 36 % dieser diskreten Monomere zurückgewinnen – das ist unerhört im Polyethylen-Recycling.“

Den Nutzen von Kunststoff bewahren – ohne Umweltzerstörung

Polyethylen, das häufig in Plastiktüten, Autoteilen und Verpackungen verwendet wird, hat zu unzähligen Verbesserungen der Lebensqualität und Gesundheit beigetragen. Dieselben Eigenschaften, die Kunststoffe nützlich machen – unter anderem Haltbarkeit und Sterilität – verhindern auch eine umweltgerechte Degradation und Wiederverwertung. Aktuelle Methoden zum Recyceln oder Wiederaufbereiten von Polyethylen sind ebenfalls nicht kosteneffektiv, was durch chemisches Recycling abgemildert werden könnte.

Um dieses neue Verfahren zu testen, haben die Forscher verschiedene Studenten- und Gemeindegruppen angezapft, um unverarbeitete Kunststoffabfälle aus dem Hafen von Catalina als Proben zu sammeln. Dieser Abfall umfasste Einkaufstüten aus Plastik, Milchtüten, Tragebehälter und andere Haushaltsgegenstände. Die Forscher zerlegten die Proben dann mit chemischen Katalysatoren und unter Druck stehendem Sauerstoff, um chemische Gruppen namens Disäuren zu produzieren – in diesem Fall Asperbenzaldehyd, Citreoviridin und Mutilin.

Nach der Anfangsphase führte das Forschungsteam die Disäuren in gentechnisch veränderte Stämme von ein Aspergillus niduluns, ein vielseitiger, einfach zu manipulierender Pilz, der häufig in der Wirkstoffforschung eingesetzt wird. Wenn der Pilz mit Disäuren als Kohlenstoffquelle gefüttert wurde, produzierte er innerhalb einer Woche erhebliche Mengen an Antibiotika, cholesterinsenkenden Statinen, Immunsuppressiva und Antimykotika.

„Wenn Sie sich den biologischen Kreislauf ansehen, ist diese Effizienz sehr aufregend, da der Prozess kostensensibel ist“, sagte Clay CC Wang, leitender Autor der Studie und Professor an der USC School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences. „Wir werden die Produkte in großen Mengen herstellen.“

Chemisches Recycling kann Anwendungen jenseits von Polyethylen haben

Das Team untersucht in Abstimmung mit Forschern der University of Kansas, ob sich die Methode auf andere Kunststoffarten anwenden lässt.

„Das ultimative Ziel ist die Entwicklung einer Methode, die auf eine Mischung von Kunststoffen angewendet werden könnte“, sagte Wang. „Wenn Sie Ihre Kunststoffabfälle recyceln, gibt es derzeit nur einen Behälter, aber eigentlich gibt es mehrere verschiedene Klassen von Kunststoffen. Es gibt Systeme, die sie sortieren, aber im Idealfall möchten wir in der Lage sein, Kunststoffmischungen zu bewältigen mit einem ähnlichen Ansatz.“