An der Universität Kopenhagen wurde ein umweltfreundliches neues Material aus Gerstenstärke und Fasern aus Zuckerrübenabfällen entwickelt – ein robustes Material, das sich in Kompost verwandeln lässt, sollte es in der Natur landen. Die Forscher hoffen, dass ihre Erfindung langfristig dazu beitragen kann, die Plastikverschmutzung einzudämmen und gleichzeitig den Klima-Fußabdruck der Plastikproduktion zu verringern.
Riesige Plastikinseln schwimmen in unseren Ozeanen und mikroskopisch kleine Plastikpartikel befinden sich in unseren Körpern. Die Haltbarkeit, Formbarkeit und niedrigen Kosten von Kunststoffen haben dazu geführt, dass sie allgegenwärtig sind, von Verpackungen über Kleidung bis hin zu Flugzeugteilen. Aber Kunststoffe haben auch eine Kehrseite. Kunststoffe verschmutzen die Natur, sind schwer zu recyceln und ihre Produktion stößt mehr CO2 aus als der gesamte Flugverkehr zusammen.
Nun haben Forscher am Institut für Pflanzen- und Umweltwissenschaften der Universität Kopenhagen ein neues Material aus modifizierter Stärke erfunden, das sich in der Natur vollständig zersetzen kann – und zwar innerhalb von nur zwei Monaten. Das Material wird aus natürlichem Pflanzenmaterial hergestellt und könnte unter anderem für die Verpackung von Lebensmitteln verwendet werden.
„Wir haben ein enormes Problem mit unserem Plastikmüll, das durch Recycling scheinbar nicht zu lösen ist. Deshalb haben wir einen neuen Typ Bioplastik entwickelt, der stärker ist und Wasser besser standhält als aktuelle Bioplastiksorten. Gleichzeitig ist unser Material zu 100 % biologisch abbaubar und kann von Mikroorganismen in Kompost umgewandelt werden, wenn es nicht in der Mülltonne landet“, sagt Professor Andreas Blennow von der Abteilung für Pflanzen- und Umweltwissenschaften.
Nur etwa 9 % des Kunststoffs werden weltweit recycelt, der Rest wird entweder verbrannt, landet in der Natur oder auf riesigen Kunststoffdeponien.
Bioplastik gibt es bereits, aber der Name sei irreführend, sagt Blennow. Zwar werden heutige Bioplastikprodukte aus biologischen Materialien hergestellt, aber nur ein begrenzter Teil davon ist tatsächlich abbaubar und das auch nur unter besonderen Bedingungen in industriellen Kompostieranlagen.
„Ich finde den Namen nicht passend, denn die gängigsten Biokunststoffe zersetzen sich nicht so leicht, wenn man sie in die Natur wirft. Der Prozess kann viele Jahre dauern und ein Teil davon verschmutzt weiterhin als Mikroplastik. Um Biokunststoffe zu zersetzen, braucht man spezielle Anlagen. Und selbst dann kann nur ein sehr begrenzter Teil davon recycelt werden, der Rest landet im Müll“, sagt der Forscher.
Stärke aus Abfällen der Gerste und Zuckerindustrie
Das neue Material ist ein sogenanntes Biokomposit und besteht aus mehreren verschiedenen Substanzen, die auf natürliche Weise zerfallen. Seine Hauptbestandteile, Amylose und Zellulose, sind im gesamten Pflanzenreich verbreitet. Amylose wird aus vielen Nutzpflanzen gewonnen, darunter Mais, Kartoffeln, Weizen und Gerste.
Gemeinsam mit Forschern der Universität Aarhus gründete das Forschungsteam ein Spin-off-Unternehmen, in dem es eine Gerstensorte entwickelte, die in ihren Körnern reine Amylose produziert. Diese neue Sorte ist wichtig, da reine Amylose im Vergleich zu normaler Stärke bei Kontakt mit Wasser weitaus weniger wahrscheinlich zu einer Paste wird.
Cellulose ist ein Kohlenhydrat, das in allen Pflanzen vorkommt und wir aus Baumwoll- und Leinenfasern, aber auch aus Holz und Papierprodukten kennen. Die von den Forschern verwendete Cellulose ist eine sogenannte Nanocellulose, die aus Abfällen der lokalen Zuckerindustrie hergestellt wird. Und diese Nanocellulosefasern, die tausendmal kleiner sind als die Fasern von Leinen und Baumwolle, tragen zur mechanischen Festigkeit des Materials bei.
„Amylose und Zellulose bilden lange, starke Molekülketten. Durch ihre Kombination konnten wir ein haltbares, flexibles Material herstellen, das sich für Einkaufstüten und die Verpackung von Waren eignet, die wir heute in Plastik einwickeln“, sagt Blennow.
Das neue Biomaterial wird hergestellt, indem die Ausgangsstoffe entweder in Wasser gelöst und miteinander vermischt werden oder indem sie unter Druck erhitzt werden. Dabei entstehen kleine „Pellets“ oder Chips, die dann weiterverarbeitet und in die gewünschte Form gepresst werden können.
Bisher haben die Forscher nur Prototypen im Labor hergestellt. Doch laut Blennow wäre es relativ einfach, die Produktion in Dänemark und vielen anderen Orten der Welt anzukurbeln.
„Die gesamte Produktionskette amylosereicher Stärke existiert bereits. Tatsächlich werden jedes Jahr Millionen Tonnen reiner Kartoffel- und Maisstärke produziert und von der Lebensmittelindustrie und anderswo verwendet. Daher ist ein einfacher Zugang zu den meisten unserer Zutaten für die Produktion dieses Materials im großen Maßstab gewährleistet“, sagt er.
Könnte das Plastikproblem verringern
Blennow und seine Kollegen bereiten derzeit einen Patentantrag vor, der, wenn er genehmigt wird, den Weg zur Produktion des neuen Biokompositmaterials ebnen könnte. Denn trotz der enormen Summen, die in die Sortierung und das Recycling unseres Plastiks gesteckt werden, glaubt der Forscher nicht, dass dies wirklich ein Erfolg wird. Es sollte als Übergangstechnologie betrachtet werden, bis wir uns endgültig von fossilen Kunststoffen verabschieden.
„Kunststoff effizient zu recyceln ist alles andere als einfach. Verschiedene Bestandteile des Kunststoffs müssen voneinander getrennt werden und es gibt große Unterschiede zwischen den Kunststoffarten. Das bedeutet, dass der Prozess auf sichere Weise durchgeführt werden muss, damit keine Verunreinigungen in den recycelten Kunststoff gelangen.
„Gleichzeitig müssen Länder und Verbraucher ihren Kunststoff sortieren. Das ist eine gewaltige Aufgabe, und ich glaube nicht, dass wir sie bewältigen können. Stattdessen sollten wir umdenken und neue Materialien verwenden, die sich wie Kunststoff verhalten, aber den Planeten nicht verschmutzen“, sagt Blennow.
Der Forscher arbeitet bereits mit zwei dänischen Verpackungsunternehmen zusammen, um Prototypen für u. a. Lebensmittelverpackungen zu entwickeln. Er kann sich auch viele andere Verwendungsmöglichkeiten für das Material vorstellen, beispielsweise für die Innenverkleidung von Autos in der Automobilindustrie. Obwohl es schwer zu sagen ist, wann dieser umweltfreundliche Kunststoff auf Gerstenbasis in die Regale kommen wird, prognostiziert der Forscher, dass das neue Material in absehbarer Zukunft Realität werden könnte.
„Wir sind kurz davor, in Zusammenarbeit mit unserem Forschungsteam und Unternehmen tatsächlich mit der Produktion von Prototypen zu beginnen. Ich halte es für realistisch, dass innerhalb von ein bis fünf Jahren verschiedene Prototypen für weiche und harte Verpackungen wie Schalen, Flaschen und Beutel entwickelt werden“, so Blennow abschließend.