Neuer PET-ähnlicher Kunststoff, der direkt aus Abfallbiomasse hergestellt wird

Es wird immer offensichtlicher, dass die Abkehr von fossilen Brennstoffen und die Vermeidung der Ansammlung von Kunststoffen in der Umwelt der Schlüssel zur Bewältigung der Herausforderung des Klimawandels sind. In diesem Sinne gibt es beträchtliche Bemühungen, abbaubare oder wiederverwertbare Polymere zu entwickeln, die aus nicht essbarem Pflanzenmaterial hergestellt sind, das als „Lignocellulose-Biomasse“ bezeichnet wird.

Natürlich ist die Herstellung wettbewerbsfähiger Kunststoffe auf Biomassebasis nicht einfach. Es gibt einen Grund dafür, dass herkömmliche Kunststoffe so weit verbreitet sind, da sie niedrige Kosten, Hitzestabilität, mechanische Festigkeit, Verarbeitbarkeit und Kompatibilität vereinen – Eigenschaften, die jeder alternative Kunststoffersatz erreichen oder übertreffen muss. Und bisher war die Aufgabe herausfordernd.

Bis jetzt, das ist. Wissenschaftlern unter der Leitung von Professor Jeremy Luterbacher von der Fakultät für Grundlagenwissenschaften der EPFL ist es gelungen, einen PET-ähnlichen Kunststoff aus Biomasse zu entwickeln, der die Kriterien für den Ersatz mehrerer aktueller Kunststoffe erfüllt und gleichzeitig umweltfreundlicher ist.

„Wir ‚kochen‘ im Grunde nur Holz oder anderes nicht essbares Pflanzenmaterial, etwa landwirtschaftliche Abfälle, in kostengünstigen Chemikalien, um in einem Schritt die Kunststoffvorstufe herzustellen“, sagt Luterbacher. „Indem die Zuckerstruktur innerhalb der Molekularstruktur des Kunststoffs intakt bleibt, ist die Chemie viel einfacher als bei aktuellen Alternativen.“

Die Technik basiert auf einer Entdeckung, die Luterbacher und seine Kollegen 2016 veröffentlichten, wo die Zugabe eines Aldehyds bestimmte Fraktionen von Pflanzenmaterial stabilisieren und ihre Zerstörung während der Extraktion vermeiden könnte. Durch die Umnutzung dieser Chemie konnten die Forscher eine neue nützliche biobasierte Chemikalie als Kunststoffvorläufer nachbauen.

„Durch die Verwendung eines anderen Aldehyds – Glyoxylsäure statt Formaldehyd – konnten wir einfach ‚klebrige‘ Gruppen auf beiden Seiten der Zuckermoleküle anheften, die dann als Kunststoffbausteine ​​fungieren“, sagt Lorenz Manker, Erstautor der Studie. „Mit dieser einfachen Technik sind wir in der Lage, bis zu 25 % des Gewichts landwirtschaftlicher Abfälle oder 95 % des gereinigten Zuckers in Kunststoff umzuwandeln.“

Die abgerundeten Eigenschaften dieser Kunststoffe könnten ihren Einsatz in Anwendungen ermöglichen, die von Verpackungen und Textilien bis hin zu Medizin und Elektronik reichen. Die Forscher haben bereits Verpackungsfolien, Fasern, die zu Kleidung oder anderen Textilien gesponnen werden könnten, und Filamente für den 3D-Druck hergestellt.

„Der Kunststoff hat sehr spannende Eigenschaften, insbesondere für Anwendungen wie Lebensmittelverpackungen“, sagt Luterbacher. „Und was den Kunststoff einzigartig macht, ist das Vorhandensein der intakten Zuckerstruktur. Dies macht es unglaublich einfach herzustellen, weil Sie nicht modifizieren müssen, was die Natur Ihnen gibt, und einfach abzubauen, weil es zu einem Molekül zurückgehen kann, das ist bereits reichlich in der Natur.“

Die Studie wurde veröffentlicht in Naturchemie.