Unser Planet und alles, was darauf lebt, schwankt unter dem Gewicht all des Plastikmülls, den wir produzieren. Die Menge dieser biologisch nicht abbaubaren Materialien, die nach Gebrauch weggeworfen werden, nimmt nur zu, daher brauchen wir neue Wege, um sie schnell zu verarbeiten.
Eine neue Machbarkeitsstudie zeigt einen völlig neuen Ansatz für das Kunststoffrecycling, inspiriert von der natürlichen Art und Weise, die Bestandteile organischer Materialien zu „recyclen“. Polymere in unserer Umgebung präsent.
Der Ansatz orientiert sich daran, dass Proteine Im Inneren werden die organischen Polymere ständig in Stücke zerlegt und zu verschiedenen Proteinen wieder zusammengesetzt, ohne die Qualität ihrer Bausteine zu verlieren. Grundsätzlich müssen wir beim Recycling von Kunststoff – einem synthetischen Polymer – kleiner denken, ohne es zu zersetzen.
Proteine sind eine der wichtigsten organischen Verbindungen, die als Bausteine für alles Biologische dienen. Sie sind lange Ketten von Molekülen (oder Monomeren), die als Aminosäuren bekannt sind, und die Forscher glauben, dass die Art und Weise, wie diese Moleküle abgebaut und umgeformt werden können, auf eine potenzielle Strategie zum Recycling synthetischer Polymere hindeutet.
„Protein ist wie eine Perlenkette, bei der jede Perle eine Aminosäure ist.“ Materialwissenschaftler Simon Giavieri sagt:Von der Eidgenössischen Technischen Hochschule (EPFL) in der Schweiz.
„Jede Perle hat eine andere Farbe, und die Farbreihenfolge bestimmt die Struktur der Kette und damit ihre Eigenschaften. In der Natur zerfallen Proteinketten in die einzelnen Aminosäuren, und Zellen bauen diese Aminosäuren wieder zu neuen Proteinen zusammen, d.h. sie machen neue Perlenstränge mit einer anderen Farbabfolge.“
Die Forscher nannten ihren Ansatz „Nature-Inspired Circular Economy Recycling“, kurz NaCRe.
In Labortests konnte das Team bestimmte Proteine in Aminosäuren zerlegen und diese dann zu neuen Proteinen mit unterschiedlicher Struktur und Verwendung zusammensetzen. In einem Fall verwandelten sie Proteine aus Seide in grün fluoreszierendes Protein, einen leuchtenden Tracer, der in der biomedizinischen Forschung verwendet wird. Trotz dieser Demontage und Rekonstruktion bleibt die Qualität der Proteine konstant.
(Giaveri et al., fortgeschrittene Werkstoffe, 2021)
Die in Proteinen natürlich vorkommenden Mechanismen lassen sich der Analyse des Teams zufolge auch auf Kunststoffe übertragen, wobei die Entwicklung und Skalierung der notwendigen Technologie noch einige Zeit in Anspruch nehmen wird.
Es gibt erhebliche Unterschiede zwischen natürlichen und synthetischen Polymeren, aber die Forscher sagen, dass dieser neue Ansatz für das Recycling möglich ist – und das Material so lange wie möglich im Gebrauch halten wird.
„Es würde eine radikal andere Denkweise erfordern“, Materialwissenschaftler Francesco Stellaci sagt:von der EPFL. „Polymere sind Perlenstränge, aber synthetische Polymere bestehen meistens aus Perlen, die alle die gleiche Farbe haben, und wenn die Farbe unterschiedlich ist, spielt die Farbreihenfolge selten eine Rolle.“
„Außerdem haben wir keine effiziente Methode, um synthetische Polymere aus Perlen unterschiedlicher Farbe so zu synthetisieren, dass ihre Reihenfolge kontrolliert wird.“
Selbst biologisch abbaubare Kunststoffe erzeugen Abfallreste, die nach Abschluss des Recyclingprozesses gelagert oder vergraben werden müssen, mit den üblichen Auswirkungen auf die Umwelt in Bezug auf Landnutzung und Umweltverschmutzung. Eine neue Strategie kann Abhilfe schaffen.
Forscher schätzen, dass ein durchschnittlicher Mensch über eine Lebensdauer von 70 Jahren etwa 2 Tonnen Plastik wegwirft – und angesichts der derzeit etwa 8 Milliarden Menschen auf dem Planeten ist das eine katastrophale Menge an Müll.
Und obwohl wir einige Fortschritte bei der Bewältigung des Problems der Plastikverschmutzung machen, ist es im Moment nicht nahe genug. Um zu verhindern, dass Plastik unserer Welt und unserer Gesundheit noch mehr schadet, ist ein grundlegendes Umdenken und Handeln erforderlich.
„Nachhaltigkeit bedeutet in Zukunft, das Recycling bis an die Grenzen zu treiben, viele verschiedene Dinge zusammenzuwerfen und die Mischung zu recyceln, um jeden Tag ein anderes neues Material herzustellen.“ Stellaci sagt. Die Natur tut dies bereits.
Die Suche wurde veröffentlicht in fortgeschrittene Werkstoffe.
