Revolution im Kunststoffbereich: Selbstzerstörende, stärkere Plastikvarianten entwickelt

Natur passt sich an: Bakterien gegen Kunststoffverschmutzung

In den letzten Jahren haben Forscher Bakterien entdeckt, die Plastik abbauen können. Diese Mikroorganismen könnten zukünftig in Recyclingzentren zur Behandlung von Kunststoff genutzt werden, indem sie mit Enzymen und Bakterien behandelt werden. Doch was geschieht mit dem Plastik, das die Recyclingzentren nicht erreicht?

Thermoplastisches Polyurethan: Eine Herausforderung beim Recycling

Thermoplastisches Polyurethan (TPU), ein besonders robuster Kunststoff, findet breite Anwendung in Produkten wie Schuhen, Sportgeräten und Autoteilen. Aktuell ist TPU jedoch nicht recycelbar, was eine erhebliche Herausforderung darstellt.

Innovative Lösung: Plastik, das sich selbst „frisst“

Das Forscherteam hat eine mögliche Methode zur Entsorgung von TPU entwickelt, indem sie Sporen des plastikfressenden Bakteriums Bacillus subtilis direkt in den Kunststoff einbetteten. Ideal wäre es, die Kunststoffprodukte ganz normal zu verwenden, ohne dass sie zu früh beginnen, sich abzubauen. Erst beim Entsorgen auf Deponien oder in natürlichen Umgebungen würde der Biodegradationsprozess einsetzen.

Überwindung technischer Herausforderungen

Ein wesentliches Problem dabei ist die hohe Hitze, die bei der Kunststoffproduktion verwendet wird. Sie würde herkömmliche Bakteriensporen abtöten. Um dies zu umgehen, haben die Forscher die Mikroben genetisch so verändert, dass sie diese Temperaturen überstehen. Tatsächlich überlebten 96 bis 100% der modifizierten Bakterien die Verarbeitungstemperaturen von 135 °C, im Gegensatz zu nur 20% der nicht modifizierten Bakterien.

Funktionsweise und Effizienz der biodegradierbaren Kunststoffe

Die Tester haben nachgewiesen, wie effektiv die Bakterien den Kunststoff abbauen, sobald dieser mit Nährstoffen und Feuchtigkeit im Boden in Kontakt kommt. Bei einem Bakterienanteil von bis zu 1% des Kunststoffgewichts zersetzten die Mikroben mehr als 90% des Materials innerhalb von fünf Monaten in Kompost.

Unerwarteter Vorteil: Stärkeres Material

Es könnte leicht vermutet werden, dass Kunststoff mit einer eingebauten Schwachstelle während der Benutzung an Stärke verliert. Doch das Gegenteil ist der Fall. Der sporenhaltige Kunststoff erwies sich als bis zu 37% zäher und besaß eine bis zu 30% höhere Zugfestigkeit als reguläres TPU. Die Forscher vermuten, dass die Sporen als verstärkende Füllstoffe wirken.

Potenzial für die Zukunft

Die Technik könnte skalierbar sein und somit einen neuen Weg zur Entsorgung von nicht recycelbarem TPU bieten, während sie die Kunststoffe während der Nutzung stärker und widerstandsfähiger macht. In Kombination mit weiteren Methoden könnte dies ein Fortschritt im Kampf gegen die Plastikverschmutzung sein. Dieser Ansatz markiert einen bedeutenden Schritt vorwärts in der Entwicklung umweltfreundlicherer Materialien.

Quelle: Kim, H.S., Noh, M.H., White, E.M. et al. Biocomposite thermoplastic polyurethanes containing evolved bacterial spores as living fillers to facilitate polymer disintegration. Nat Commun 15, 3338 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-47132-8