Ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung der BTU Cottbus-Senftenberg hat eine nachhaltigere Variante von Polystyrol entwickelt. Der neue Kunststoff besteht zu rund 50 Prozent aus nachwachsenden Rohstoffen, soll energieeffizienter hergestellt werden können und lässt sich am Ende seiner Nutzung gezielt chemisch zerlegen. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Polymerchemie am BTU-Campus Senftenberg. Die Ergebnisse der Forschungsarbeit wurden jetzt in der Fachzeitschrift Chem Circularity veröffentlicht.
Hälfte des Materials stammt aus biobasierten Quellen
Herkömmliches Polystyrol wird aus Erdöl hergestellt und lässt sich nur schwer wieder in seine Ausgangsbestandteile zerlegen. Das Forschungsteam hat deshalb einen Teil des sonst verwendeten Styrols durch Itaconsäureanhydrid ersetzt. Diese Verbindung kann durch Fermentation aus pflanzlichen Kohlenhydraten wie Zucker gewonnen werden. Dadurch stammen rund 50 Prozent des neu entwickelten Kunststoffs aus biobasierten Quellen.
Beteiligt sind neben der BTU das Helmholtz-Zentrum Hereon, die Freie Universität Berlin und die Helmut-Schmidt-Universität Hamburg.
Mikrowellen statt klassischer Erwärmung
Auch bei der Herstellung geht das Team einen anderen Weg. Statt den Polymerisationsprozess ausschließlich mit klassischen Heizverfahren anzutreiben, kommt Mikrowellenstrahlung zum Einsatz. Dadurch soll der Energieverbrauch bei der Herstellung deutlich gesenkt werden. Eine weitere Besonderheit steckt direkt im Aufbau des Kunststoffs. Bestimmte chemische Verbindungen werden als gezielte „Sollbruchstellen“ in das Material eingebaut. Am Ende der Nutzungsdauer kann der Kunststoff dadurch chemisch in kleinere Fragmente zerlegt werden. Diese können nach Angaben des Forschungsteams anschließend sogar von Bakterien abgebaut werden.
BTU liefert Wissen zum gezielten Materialdesign
An der BTU arbeitet die Forschungsgruppe von Prof. Dr. Axel T. Neffe am Institut für Materialchemie an dem Projekt mit. Das Team beschäftigt sich unter anderem mit der Entwicklung und Veränderung von Kunststoffen, die gezielt abbaubar oder für biomedizinische Anwendungen geeignet sind.
Für Neffe ist entscheidend, bereits bei der Entwicklung eines Materials mitzudenken, was nach dessen Nutzung damit passieren soll. Die Forschung soll damit einen Beitrag dazu leisten, weit verbreitete Kunststoffe künftig stärker in eine Kreislaufwirtschaft einzubinden.
Erste Mini-Petrischalen aus dem neuen Material
Im Labor wurde der neue Kunststoff bereits praktisch getestet. Auf herkömmlichen Spritzgussanlagen konnten daraus zunächst Mini-Petrischalen in der Größe einer Ein-Euro-Münze hergestellt werden. Auch erste Untersuchungen mit menschlichen Stammzellen wurden durchgeführt. Diese deuten darauf hin, dass das Material biologisch gut verträglich sein könnte und sich möglicherweise auch für Zellkulturen eignet.
Damit könnte der neue Kunststoff langfristig nicht nur für klassische Anwendungen von Polystyrol interessant sein, sondern auch für Bereiche der medizinischen und biologischen Forschung.
Forschung aus Senftenberg für nachhaltigere Materialien
Die Arbeitsgruppe von Prof. Axel T. Neffe forscht am BTU-Campus Senftenberg an Polymeren mit Blick auf Nachhaltigkeit, Abbaubarkeit und biomedizinische Anwendungen. Mit der aktuellen Entwicklung soll nun gezeigt werden, wie sich ein weltweit verbreiteter Kunststoff so verändern lässt, dass bereits bei Herstellung und Materialdesign auch dessen späteres Ende mitgedacht wird.
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