Umweltfreundlicher Biokunststoff aus Pflanzen

The newly produced bioplastic consists of "hydroplastic polymers", which become soft and malleable on contact with water.
Credit: K Zhang

Team der Universität Göttingen stellt leicht formbares Material her.

Kunststoffe sind in unserem täglichen Leben weit verbreitet: Sie sind leicht, billig und anpassungsfähig. Doch wenn Kunststoffe hergestellt, verarbeitet und entsorgt werden, ist dies nicht nachhaltig und gefährdet weltweit Umwelt und menschliche Gesundheit. Wiederverwendbare und recycelbare Kunststoffe aus pflanzlichen Rohstoffen wären eine Alternative – bislang waren die technologischen Herausforderungen zu ihrer Herstellung und Verarbeitung jedoch immer noch zu groß. Existierende Verarbeitungsmethoden sind energieintensiv und nicht nachhaltig.

Forscherinnen und Forscher der Universität Göttingen haben nun eine Methode gefunden, um einen neuen Typ von Hydroplastik mit Wasser zu verarbeiten und umzuformen: das „Hydrosetting“. Das daraus entstehende Produkt ist eine umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichem Kunststoff. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature Sustainability erschienen.

Kunststoffe sind Polymere, was bedeutet, dass ihre molekulare Struktur aus einer großen Anzahl ähnlicher Einheiten aufgebaut ist, die miteinander verbunden sind. Gegenwärtig werden die meisten Kunststoffe unter Verwendung von Petrochemikalien hergestellt, was sowohl bei der Gewinnung als auch bei der Entsorgung umweltschädlich ist. Im Gegensatz dazu ist Zellulose, der Hauptbestandteil der pflanzlichen Zellwände, das am häufigsten vorkommende natürliche Polymer auf der Erde. Es stellt eine nahezu unerschöpfliche Rohstoffquelle dar. Durch eine geringfügige Veränderung eines sehr kleinen Teils der Zellulose-Struktur gelang es dem Team, ein spezifisches Material, sogenanntes Cellulosecinnamat, zu produzieren. Damit kann ein neuer Typ von Biokunststoff hergestellt werden. Dieser besteht aus hydroplastischen Polymeren, welche weich sind und sich bei Kontakt mit Wasser formen lassen.

Diese Methode ermöglichte es den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, eine Vielzahl von Formen herzustellen, indem sie den Biokunststoff einfach in Wasser tauchten und an der Luft trocknen ließen. Die Formen blieben langfristig stabil und konnten immer wieder umgeformt werden. Obwohl der Kunststoff in der Praxis nicht im direkten Kontakt mit Wasser verwendet werden sollte – weil er dann seine Form verliert –, kann er Wasser aufnehmen und in feuchten Bedingungen verwendet werden. Die neuen Biokunststoffe zeigten hochwertige mechanische Eigenschaften im Vergleich zu derzeit weit verbreiteten Kunststoffen.

„Unsere Forschung liefert eine praktikable Methode, um weitere umweltfreundliche Biokunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen zu entwickeln“, erklärt der leitende Autor der Studie, Prof. Dr. Kai Zhang von der Universität Göttingen. Das neue Verfahren kommt ohne teure und komplexe Maschinen und energieintensive Verarbeitungsbedingungen aus. Es vereinfacht die Herstellung von Kunststoffen erheblich und macht deren Verarbeitung und Recycling umweltfreundlicher und nachhaltiger. „Biokunststoffe wie unserer können in vielen verschiedenen Bereichen, etwa in der Biologie, Elektronik und Medizin, eingesetzt werden“, sagt Zhang. „Die schädlichen Auswirkungen von herkömmlichen Kunststoffen auf die Umwelt könnten minimiert werden, wenn alternativ Biokunststoffe wiederverwendet würden.“

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Kai Zhang
Georg-August-Universität Göttingen
Abteilung für Holztechnoogie und Holzwerkstoffe
Fakultät für Forstwissenschaften und Waldökologie
Büsgenweg 4, 37077 Göttingen
Telefon: 0551 39 24505
E-Mail: kai.zhang@uni-goettingen.de
www.uni-goettingen.de/de/research/618364.html

Originalpublikation:

Jiaxiu Wang, Lukas Emmerich, Jianfeng Wu, Philipp Vana and Kai Zhang*, Hydroplastic polymers as eco-friendly hydrosetting plastics, 2021, Nature Sustainability, DOI: https://doi.org/10.1038/s41893-021-00743-1

http://www.uni-goettingen.de/

Media Contact

Thomas Richter Öffentlichkeitsarbeit
Georg-August-Universität Göttingen

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Die Materialwissenschaft bezeichnet eine Wissenschaft, die sich mit der Erforschung – d. h. der Entwicklung, der Herstellung und Verarbeitung – von Materialien und Werkstoffen beschäftigt. Biologische oder medizinische Facetten gewinnen in der modernen Ausrichtung zunehmend an Gewicht.

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