Ein neuer Ansatz zur Herstellung von Hochleistungskunststoffen aus landwirtschaftlichen Abfällen

In unserer schnell industrialisierten Welt war die Suche nach nachhaltigen Materialien noch nie so dringend. Kunststoffe, die im täglichen Leben allgegenwärtig sind, stellen erhebliche Umweltprobleme dar, vor allem aufgrund ihres Ursprungs aus fossilen Brennstoffen und der problematischen Entsorgung.

Nun stellt eine vom Team um Jeremy Luterbacher an der EPFL geleitete Studie einen bahnbrechenden Ansatz zur Herstellung von Hochleistungskunststoffen aus erneuerbaren Ressourcen vor. Die Forschung, veröffentlicht In Nachhaltigkeit in der Naturstellt eine neuartige Methode zur Herstellung von Polyamiden vor – einer Klasse von Kunststoffen, die für ihre Festigkeit und Haltbarkeit bekannt sind, von denen die bekanntesten Nylons sind – unter Verwendung eines Zuckerkerns, der aus landwirtschaftlichen Abfällen gewonnen wird.

Die neue Methode nutzt eine erneuerbare Ressource und erreicht diese Transformation zudem effizient und mit minimalen Auswirkungen auf die Umwelt.

„Typische Kunststoffe auf fossiler Basis benötigen aromatische Gruppen, um ihren Kunststoffen Steifigkeit zu verleihen – das verleiht ihnen Leistungseigenschaften wie Härte, Festigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit“, sagt Luterbacher. „Hier erhalten wir ähnliche Ergebnisse, verwenden jedoch eine Zuckerstruktur, die in der Natur allgegenwärtig und im Allgemeinen völlig ungiftig ist, um Steifigkeit und Leistungseigenschaften zu gewährleisten.“

Lorenz Manker, der Hauptautor der Studie, und seine Kollegen entwickelten ein katalysatorfreies Verfahren, um Dimethylglyoxylat-Xylose, ein stabilisiertes Kohlenhydrat, das direkt aus Biomasse wie Holz oder Maiskolben hergestellt wird, in hochwertige Polyamide umzuwandeln. Der Prozess erreicht eine beeindruckende Atomeffizienz von 97 %, was bedeutet, dass fast das gesamte Ausgangsmaterial im Endprodukt verwendet wird, was den Abfall drastisch reduziert.

Die biobasierten Polyamide weisen Eigenschaften auf, die mit ihren fossilen Gegenstücken konkurrieren können, und bieten eine vielversprechende Alternative für verschiedene Anwendungen. Darüber hinaus zeigten die Materialien über mehrere Zyklen des mechanischen Recyclings eine erhebliche Widerstandsfähigkeit und bewahrten ihre Integrität und Leistung, was ein entscheidender Faktor für die Verwaltung des Lebenszyklus nachhaltiger Materialien ist.

Die potenziellen Anwendungen für diese innovativen Polyamide sind vielfältig und reichen von Automobilteilen bis hin zu Konsumgütern, alle mit einem deutlich reduzierten CO2-Fußabdruck. Die technisch-ökonomische Analyse und Lebenszyklusbewertung des Teams legen nahe, dass diese Materialien im Vergleich zu herkömmlichen Polyamiden, einschließlich Nylons (z. B. Nylon 66), preislich konkurrenzfähig sein könnten, mit einer Reduzierung des globalen Erwärmungspotenzials um bis zu 75 %.