Wissenschaftler kündigen einen Kunststoff an, der das wachsende Problem der Mikroplastik lösen soll.
Ein Team unter der Leitung von RIKEN in Japan hat die Entwicklung eines neuen Kunststoffs bekannt gegeben, der sich in Salzwasser biologisch abbauen lässt und sich damit von anderen Kunststoffen unterscheidet.
In einer neuen Studie, die im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht wurde und von Takuzo Aida vom RIKEN Centre for Emergent Matter Science (CEMS) in Japan geleitet wurde, haben Forscher einen Schritt zur Lösung des Problems der Mikroplastik angekündigt.
Kunststoff aus pflanzlicher Zellulose
Das Team hat einen neuen Kunststofftyp vorgestellt, der aus pflanzlicher Zellulose – einem reichlich vorhandenen organischen Stoff – hergestellt wird. Der neueste Kunststoff ist flexibel, robust und kann in natürlicher Umgebung schnell abgebaut werden, was ihn von anderen biologisch abbaubaren Kunststoffen unterscheidet.
Mikroplastik ist ein Schadstoff, der in fast allen Ökosystemen vorkommt, darunter im Boden, im Meer und in den dort lebenden Tieren und Pflanzen. Auch in menschlichem Gewebe und Blutkreislauf wurde Mikroplastik nachgewiesen. Es wurden biologisch abbaubare Kunststoffe und Kunststoffe auf Zellulosebasis entwickelt. Dennoch zerfallen die meisten als „biologisch abbaubar” gekennzeichneten Kunststoffe nicht in Meeresumgebungen oder benötigen sehr lange, um sich zu zersetzen, wobei während dieses Prozesses Mikroplastik zurückbleibt.
Aida und ihr Team entwickelten einen Kunststoff, der sich innerhalb weniger Stunden in Salzwasser zersetzt, ohne Mikroplastikrückstände zu hinterlassen. Der neue Kunststoff ist ein supramolekularer Kunststoff, der aus zwei Polymeren besteht, die durch reversible Wechselwirkungen miteinander verbunden sind. In Salzwasser lösen sich die Bindungen auf, und der Kunststoff zersetzt sich. Allerdings war der Kunststoff für die Herstellung nicht so praktisch, wie es sich das Team gewünscht hatte.
Der neue Kunststoff ist ähnlich, außer dass eines der Polymere im Handel erhältlich, von der FDA zugelassen und ein biologisch abbaubares Holzzellulosederivat namens Carboxymethylcellulose ist. Die Suche nach einem kompatiblen zweiten Polymer dauerte einige Zeit, aber das Team entdeckte ein sicheres Vernetzungsmittel aus positiv geladenen Polyethylenimin-Guanidinium-Ionen. Als die Guanidiniumionen und die Cellulose in Wasser bei Raumtemperatur gemischt wurden, zogen sich die negativ und positiv geladenen Moleküle wie Magnete an. Sie bildeten das vernetzte Netzwerk, das für die Herstellung des Kunststoffs erforderlich war. Darüber hinaus zerfielen die Salzbrücken, die das Netzwerk zusammenhalten, bei Kontakt mit Salzwasser. Um eine versehentliche Zersetzung zu verhindern, kann der Kunststoff durch eine dünne Beschichtung auf seiner Oberfläche geschützt werden.
Anfangs war der Kunststoff aufgrund des darin enthaltenen Zellulosegehalts zu spröde. Der Kunststoff war farblos, extrem hart und transparent, aber sehr empfindlich und glasartig. Das Team benötigte einen Weichmacher, ein Molekül, das hinzugefügt werden kann, um Kunststoff flexibler zu machen, ohne dass er an Härte verliert. Nach Tests mit verschiedenen Molekülen stellten sie fest, dass das Salz Cholinchlorid geeignet war. Der Lebensmittelzusatzstoff ist von der FDA zugelassen und kann, wenn er dem Kunststoff zugesetzt wird, diesen flexibler machen. Je nach Zusatzstoffgehalt kann der Kunststoff hart und glasartig oder so elastisch sein, dass er sich um bis zu 130 % über seine ursprüngliche Länge hinaus dehnen lässt.
„Während sich unsere erste Studie hauptsächlich auf das Konzept konzentrierte“, erklärte Aida, „zeigt diese Studie, dass unsere Arbeit nun in einer praktischeren Phase ist.“
Kunststoff mit Potenzial für den realen Einsatz
Der Kunststoff wurde CMCSP getauft und ist genauso stabil wie herkömmliche Kunststoffe auf Erdölbasis; seine mechanischen Eigenschaften lassen sich anpassen, ohne dass seine anderen Vorteile beeinträchtigt werden. Da das Team gängige, kostengünstige und von der FDA zugelassene Inhaltsstoffe verwendet hat, könnte der Kunststoff schnell in praktische Anwendungen in der realen Welt überführt werden.
„Die Natur produziert jedes Jahr etwa eine Billion Tonnen Zellulose“, sagte Aida. „Aus diesem reichlich vorhandenen Naturstoff haben wir einen flexiblen und dennoch robusten Kunststoff entwickelt, der sich im Meer sicher zersetzt. Diese Technologie wird dazu beitragen, die Erde vor Plastikverschmutzung zu schützen.”
Quellenhinweis:
Supramolecular Ionic Polymerization: Cellulose-Based Supramolecular Plastics with Broadly Tunable Mechanical Properties | Journal of the American Chemical Society. Hong, Y. and Aida, T. 19th November 2025.