Kein Mikroplastik mehr: Pflanzenbasierter Kunststoff zersetzt sich im Meer

Ein Wissenschaftsteam des japanischen RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS) hat einen auf pflanzlicher Zellulose basierenden Kunststoff entwickelt, der sich in salzhaltigem Meerwasser zersetzt, ohne dass Mikroplastik zurückbleibt. Bei globaler Anwendung könnte das eine Option sein, die stark zunehmende Meeresverschmutzung durch Mikroplastik zu reduzieren.

Mikroplastik ist für Menschen und Umwelt gefährlich. Es kommt im Boden, Meer, in Tieren und Pflanzen vor. Auch der Mensch kann die kleinen, oft um die ein Mikrometer großen Kunststoffpartikel aufnehmen. Sie können sich im Gewebe festsetzen und in den Blutkreislauf gelangen, sich im Herzen, Atemwegen und Nieren ablagern. Dies kann schädliche Auswirkungen haben. Das Risiko für Herzinfarkt, Schlaganfall und Diabetes bis hin zum Tod erhöht sich, heißt es in verschiedenen Studien, wie das Ärzteblatt schreibt.

Der von dem japanischen Forschungsteam entwickelte supramolekulare Kunststoff besteht aus zwei Polymeren, die durch reversible Wechselwirkungen zusammengehalten werden, schreiben die Forscher in der Studie „Supramolecular Ionic Polymerization: Cellulose-Based Supramolecular Plastics with Broadly Tunable Mechanical Properties“, die im Journal of the American Chemical Society erschienen ist.

Eines der beiden Polymere besteht aus einem biologisch abbaubaren Holzzellulosederivat mit der Bezeichnung Carboxymethylcellulose (CMC), das bereits handelsüblich erhältlich ist. Das Zweite dazu kompatible Polymer mussten die Forscher in mehreren Versuchen erst noch finden. Sie fanden es in einem Versetzungsmittel aus positiv geladenen Polyethylenimin-Guanidinium-Ionen. Zur Herstellung des Kunststoffs mischten sie die Zellulose und die Guanidinium-Ionen bei Zimmertemperatur in Wasser. Die negativ und positiv geladenen Ionen zogen sich dabei stark an und bildeten einen festen Kunststoff.

Zersetzung in Salzwasser

Unter Einfluss von Salzwasser brechen die Salzbrücken auf und der Kunststoff zersetzt sich. Um den unbeabsichtigten Zerfall zu verhindern, kann der Kunststoff mit einer dünnen Schutzschicht überzogen werden, die temporär wirkt.

Der transparente und extrem harte Kunststoff wies zunächst aber ein Problem auf: Aufgrund des Zelluloseanteils war er spröde und zerbrach ähnlich wie Glas. Die Wissenschaftler nutzten das Salz Cholinchlorid – einen von der FDA zugelassenen, biologisch abbaubaren Nährstoff – als Weichmacher, um das zu verhindern. Je nach zugegebener Menge kann der Kunststoff mit der gewünschten Elastizität hergestellt werden. Die Forscher erreichten durch die Zugabe des Salzes eine Ausdehnung des Kunststoffs um bis zu 130 Prozent der ursprünglichen Größe. Außerdem kann der Kunststoff zu einer Folie mit einer Dicke von bis zu 0,07 mm hergestellt werden.

Die Wissenschaftler sagen, dass der von ihnen entwickelte, in Salzwasser biologisch abbaubare Kunststoff genauso stabil ist wie Kunststoffe auf Erdölbasis. Seine mechanischen Eigenschaften können je nach Einsatzgebiet des Kunststoffs angepasst werden. Die Zersetzbarkeit werde dadurch nicht beeinträchtigt.

Die Forscher hoffen, dass ihr Kunststoff nun vom Labor in die Industrie weltweit gelangt. Die Forscher demonstrierten bereits die Herstellung flexibler Plastiktüten aus dem Material, die sich in Meerwasser vollständig auflösen und mit Elektrolyten im Kreislauf recycelt werden können – ein möglicher Weg, die Verschmutzung der Meere zu reduzieren.

(olb)