Ein umweltfreundlicherer Kunststoff? Material auf Hanfbasis gibt Hoffnung im Kampf gegen die Umweltverschmutzung

In einer neuen Studie, die in der Fachzeitschrift Chem Circularity veröffentlicht wurde, hat ein Team von Wissenschaftlern eine mögliche Lösung für die weltweite Umweltverschmutzung durch die Herstellung und Entsorgung von Einwegkunststoffen gefunden.

Das Team entwickelte eine ungiftige Kunststoffalternative aus der Hanfpflanze – einer nicht-psychoaktiven Cannabisart. Das Material ist dehnbar und lässt sich auf das 1600-Fache seiner ursprünglichen Größe ausdehnen. Es besteht aus einem aus Hanf gewonnenen Thermoplast mit einer hohen „Glasübergangstemperatur“ – eine Eigenschaft, die dafür sorgt, dass der Kunststoff auch bei Kontakt mit kochendem Wasser haltbar und trocken bleibt.

„Nur sehr wenige, wenn überhaupt, Kunststoffe aus natürlichen Rohstoffen weisen diese Eigenschaft auf“, sagte Gregory Sotzing von der University of Connecticut. „Heutiges Polycarbonat wird aus Bisphenol-A hergestellt, einem bekannten endokrinen Disruptor. Die Hoffnung ist nun, dass Cannabidiol (CBD) Bisphenol-A in den heutigen Kunststoffen ersetzen kann.“

Aus dem Material lassen sich transparente Kunststofffolien, Beschichtungen und andere Werkstoffe herstellen, die derzeit aus erdölbasierten Materialien wie Polyethylenterephthalat (PET) gefertigt werden, das beispielsweise für Einweg-Wasserflaschen und Lebensmittelverpackungen verwendet wird. Diese Anwendungen erfordern mittlere bis hohe Temperaturbeständigkeit oder Schmelzverarbeitbarkeit, d. h. sie müssen sich leicht schmelzen und formen lassen – was dem Team erstmals mit Polycarbonat auf Hanfbasis gelungen ist.

„Unsere Arbeit hat gezeigt, dass CBD-basierte Colycarbonate ein nachhaltiger Ersatz für weit verbreitete Thermoplaste wie PET sind“, sagte Mukerrem Cakmak von der Purdue University. „Wir haben ein fundiertes wissenschaftliches Verarbeitungskonzept entwickelt, das die molekulare Architektur mit der Verarbeitbarkeit in der Schmelze, der Orientierungsentwicklung und der Dehnbarkeit verknüpft, ohne dabei die Herstellbarkeit zu beeinträchtigen.“

PET = Mikroplastik

PET benötigt große Mengen an fossilen Brennstoffen – wie Erdöl und Erdgas – und zerfällt nach seiner Entsorgung in winzige Partikel. Diese „Mikroplastikpartikel“ geben Chemikalien, darunter auch PET, das mit Zellschäden und Entzündungen in Verbindung gebracht wird, an Luft, Wasser und Lebensmittel ab.

Obwohl Wissenschaftler seit langem nach einer umweltfreundlicheren Alternative zu PET suchen, weisen die meisten pflanzlichen Polymere nicht die erforderliche Glasübergangstemperatur und Dehnbarkeit auf und sind zudem teurer in der Herstellung. Darüber hinaus erfordern die zur Herstellung biobasierter Kunststoffe verwendeten Katalysatoren oft hohe Temperaturen und stellen Herausforderungen bei der Katalysatorentfernung und der Reinigung des Endprodukts dar, was sie für die Großproduktion unpraktisch macht.

Um diese Herausforderungen zu meistern, entwickelte das Team eine Kunststofffolie auf Hanfbasis und testete deren Eigenschaften, um sicherzustellen, dass sie über die für die industrielle Verarbeitung erforderliche Struktur und die entsprechenden Eigenschaften verfügte.

„Dieses Polycarbonat weist als glatte Folie einen sehr hohen Kontaktwinkel mit Wasser auf“, sagte Sotzing. „Wir hatten nicht erwartet, dass unser PolyCBD-Carbonat einen höheren Kontaktwinkel als die meisten Polyolefine aufweisen würde“, fügte er hinzu. Materialien mit dieser Eigenschaft können auch als Nanopartikel für die Wirkstoffabgabe und für Katheterbeschichtungen verwendet werden.

Das Forschungsteam untersucht derzeit die Produkte, die entstehen, wenn CBD mit handelsüblichem Triphosgen reagiert, einem kristallinen Feststoff, der bei der Herstellung des Materials aus Hanf zum Einsatz kommt. Außerdem versuchen sie, eine Variante des aus Hanf gewonnenen Kunststoffs mit höherer Festigkeit zu entwickeln und eine großtechnische Version ihres Herstellungsverfahrens zu erproben.

Weitere Informationen zu CBD

Den Ergebnissen der Studie zufolge wird derzeit weltweit nicht genug CBD produziert, um PET bei Kunststoffen vollständig zu ersetzen. Da Hanf jedoch als Material für Kleidung, Lebensmittel und Baumaterialien immer beliebter wird, nimmt der Hanfanbau zu. Die Pflanze kann in einer Vielzahl von Klimazonen angebaut werden, benötigt wenig Wasser und kommt fast ohne Pestizide aus. Sie lässt sich zudem im Wechsel mit anderen Kulturen wie Mais und Sojabohnen anbauen, was sie zu einer vielseitigen Kulturpflanze für Landwirte macht.

„Die Kosten für CBD würden sinken, wenn mehr Hanf angebaut würde“, schlussfolgerte Sotzing.

Quellenhinweis:

High-molecular-weight hemp-derived polycannabidiol carbonate thermoplastic with PET-like heat resistance, strength, and processability: Chem Circularity. Davis, H.D., Pritish Aklujkar, Mao, J., Rout, P., Khomane, A.R., Suthar, V., Pollock, A., Sotzing, G.A. and Mukerrem Cakmak. 30^th April 2026.