Ein neues Verfahren zur Herstellung biobasierter Plastik-Alternativen lässt aus Lebensmittelabfällen gewonnene Substanzen in Verbindungen überführen, die sich als Kunststoff-Bausteine eignen. Für diesen Prozess sind im Wesentlichen nur Licht und Sauerstoff nötig – sowie spezielle Nanostäbchen als Katalysatoren.
Plastikfreie, biologisch abbaubare Verpackungsalternativen erweisen sich nur dann als alltagstauglich, wenn sie genau so leicht und widerstandsfähig sind wie die bisher verwendeten Kunststoffe wie Polyethylen (PET), Polypropylen (PP) oder Styropor.
Forscher entwickeln dazu diverse Ansätze – einer davon ist die Herstellung von Biokunststoff aus Abfall. So lässt sich aus bei der Lebensmittelproduktion anfallenden Resten wie Apfelschalen etwa Hydroxymethylfurfural (HMF) gewinnen, berichtet das Institute of Physical Chemistry of the Polish Academy of Sciences. diese Verbindung entsteht bei der thermischen Zersetzung von Zuckern oder Kohlenhydraten wie Cellulose. „Die teilweise Oxidation der Hydroxygruppe des HMF-Moleküls führt zur Bildung des korrespondierenden Aldehyds, 2,5-Diformylfuran (DFF)“, erklären Dimitrios Giannakoudakis von der Aristoteles-Universität Thessaloniki und seine Kollegen. Mit dem neuen Verfahren der Forscher kann HMF also in DFF umgewandelt werden.
Die so gewonnene Substanz lässt sich als Baustein für umweltfreundliches Plastik nutzen. „Wird eine Flasche aus diesem Kunststoff in der Natur entsorgt, verrottet er dort viel schneller als konventionelle Polymere. Spätestens nach ein paar Jahren ist das Plastik verschwunden“, sagt Mitautor Juan Carlos Colmenares von der polnischen Akademie der Wissenschaften in Warschau.
Neu ist diese Idee nicht, doch bisher galt sie wirtschaftlich als wenig rentabel, weil für die Überführung von HMF in DFF hohe Temperaturen und komplizierte Technik nötig waren. Es war also keine echte Alternative zur Herstellung von erdölbasiertem Plastik.
Genau dies haben Giannakoudakis und sein Team nun jedoch geändert. Mit ihrem neuen Verfahren lässt sich der Kunststoffbaustein kostengünstig bei niedrigen Temperaturen und unter normalem Atmosphärendruck gewinnen.
Die Forscher haben für diesen Prozess mehrfach verwendbare Nanostäbchen aus Mangandioxid (MnO2) entwickelt, die als wirkungsvoller Katalysator für die Teiloxidation fungieren. „Diese Nanokatalysatoren sind lang und sehr dünn und ihre Struktur erhöht die Absorption von Licht“, erklärt Colmenares. Mit ihrer Hilfe lässt sich das HMF im Rahmen einer photokatalytischen Reaktion in DFF umwandeln. Dazu sind im Wesentlichen eine im UV-Bereich strahlende LED-Leuchte und der Sauerstoff aus der Luft notwendig. „Es ist eine abfallfreie Methode, die ohne die Zugabe von zusätzlichem Sauerstoff oder anderen Additiven auskommt“, betont Colmenares.
Fast das gesamte HMF wird in DFF umgewandelt, weshalb die Forscher das Verfahren als sehr effizient bezeichnen und es in Zukunft weiter optimieren wollen – inklusive geplanter Patentanmeldung. jh