Ein Kunststoff, der sich in Salzwasser auflöst, könnte der Schlüssel im Kampf gegen die Umweltverschmutzung sein

Japanische Wissenschaftler haben eine Erfindung vorgestellt , die den Kampf gegen die Umweltverschmutzung revolutionieren könnte.

Verantwortlich für die Innovation sind Forscher des RIKEN Centre for Emerging Materials Science Research in Japan, die die Details letzte Woche in der Zeitschrift Science veröffentlichten.

Der große Unterschied zu herkömmlichen Kunststoffen besteht in der Fähigkeit, sich zu zersetzen, ohne Mikroplastik in der Umwelt zu hinterlassen. Dies ist dank seiner Grundelemente möglich. Er besteht aus einem ringförmigen Phosphat (Natriumhexametaphosphat) und Verbindungen auf der Basis von Guanidinium, einer rein kristallinen und sehr alkalischen Verbindung, die durch Oxidation von Guanin entsteht.

Diese Elemente und ihr Zersetzungspotenzial hängen von sogenannten "Salzbrücken" ab, reversiblen chemischen Bindungen, die durch Salzwasser leicht aufgebrochen werden, sodass sich der Kunststoff wieder vollständig in seine Grundbestandteile auflösen kann.

Dabei behält das Material die Eigenschaften herkömmlicher Kunststoffe wie Festigkeit, Haltbarkeit und Transparenz bei, was es zu einem potenziellen Ersatz für Tausende von Anwendungen und Branchen macht.

Reversible und wiederverwendbare Materialien

Das Material zeichnet sich durch eine besondere Eigenschaft aus: Es ist thermoformbar, d. h. es kann wie gewöhnliche Thermoplaste mit Wärme umgeformt werden. Dieses Verfahren ist in der Kunststoffindustrie von grundlegender Bedeutung, da das Material so in verschiedene Formen gebracht, wiederverwendet oder repariert werden kann, ohne seine mechanischen Eigenschaften zu verlieren.

Außerdem ist es recycelbar. Wenn es mit Salzwasser in Berührung kommt, zerfällt es in seine Grundbestandteile, die jedoch leicht wiedergewonnen und zur Herstellung von Kunststoff wiederverwendet werden können, was die Idee einer effizienten Kreislaufwirtschaft fördert, in der Abfälle praktisch verschwinden.

Die chemische Zusammensetzung von Kunststoffen enthält reversible Salzbrücken, d. h. chemische Bindungen, die sich unter bestimmten Bedingungen auflösen und neu bilden. Dieser Mechanismus trägt auch dazu bei, dass das Material durch Wärme umgestaltet werden kann, da sich diese Bindungen dynamisch anpassen.

"Während man dachte, dass die reversible Natur der Bindungen in supramolekularen Kunststoffen sie schwach und instabil macht, sind unsere neuen Materialien genau das Gegenteil", sagte der leitende Forscher Takuzo Aida in einer Erklärung.

Die Forscher demonstrierten die Wirksamkeit des Materials , indem sie verschiedene Arten von Objekten herstellten, wie z. B. dünne Filme, 3D-gedruckte Elemente und Klebstoffe, die unter Wasser funktionieren, und überprüften seine Haltbarkeit und Vielseitigkeit. Diese Anwendungen zeigen, dass das Material nicht nur biologisch abbaubar, sondern auch für verschiedene industrielle und alltägliche Zwecke geeignet ist.

Verschmutzung durch Plastik und Mikroplastik

Jede Minute gelangt eine Plastikmenge in die Ozeane, die einer LKW-Ladung Müll entspricht, und beeinträchtigt die Lebensräume im Meer, die biologischen Kreisläufe und die Gesundheit verschiedener Arten, einschließlich des Menschen.

Die Verschmutzung durch Mikroplastik und die Massenproduktion von Kunststoffen stellen enorme Umweltprobleme dar. Zwischen den 1950er Jahren und 2017 wurden rund 9,2 Milliarden Tonnen Kunststoff produziert, von denen 7 Milliarden als Abfall auf Deponien, in den Ozeanen oder in der Umwelt im Allgemeinen landeten.

Mikroplastik, kleine Fragmente von bis zu 5 mm Größe, entsteht sowohl durch den Abbau größerer Kunststoffe als auch durch Industrieprodukte (wie Kosmetika oder Textilfasern). Ihr Vorhandensein verändert aquatische und terrestrische Ökosysteme, gelangt in die Nahrungskette und stellt eine Gefahr für die Gesundheit und die Lebensgrundlagen dar.

Die weltweite Kunststoffproduktion nimmt weiter zu. Schätzungen zufolge wird sie im Jahr 2022 mit rund 990 Millionen Tonnen jährlich ein Rekordniveau erreichen. Trotz Fortschritten beim Recycling wird nur ein kleiner Prozentsatz des produzierten Kunststoffs tatsächlich wiederverwendet. Dies zeigt, dass innovative Ansätze erforderlich sind, um die Abhängigkeit von Einwegkunststoffen zu verringern und zu einer Kreislaufwirtschaft überzugehen.

Quellenhinweis:

Cheng, Y. et al. Mechanically strong yet metabolizable supramolecular plastics by desalting upon phase separation. Science, v. 386, 2024.