Nachhaltiges Plastik aus CO2 und Pflanzenabfällen

Ein Plastik, das Kohlendioxid verbraucht, statt es zu erzeugen? Dieses unmöglich scheinende Kunststück ist nun US-Forschern gelungen. Sie haben eine Methode gefunden, um aus Karbonat, CO₂ und Pflanzenabfällen den Plastik-Rohstoff FDCA herzustellen. Das macht es nun möglich, einen umweltfreundlicheren Ersatzstoff für das allgegenwärtige PET zu gewinnen – und das indem CO₂ verbraucht statt freigesetzt wird, wie die Forscher im Fachmagazin „Nature“ berichten.

Schwer abbaubarer Kunststoffmüll verseucht die Meere und findet sich als Mikroplastik längst in Lebensmitteln wie Honig und Salz und in Getränken. Zwar geben gerade entdeckte plastikfressende Bakterien Hoffnung auf eine bessere Entsorgung, aber es bleibt das Problem, dass die Kunststoffe aus Erdöl gewonnen werden und dies enorme Mengen des Treibhausgases CO₂ freisetzt.

Alternative zu PET gesucht

Forscher suchen daher nach umweltverträglicheren Alternativen für das erdölbasierte Plastik. Aanindeeta Banerjee und ihre Kollegen von der Stanford University haben nun einen Weg gefunden, gleich zwei Fliegen mit einer Klappe zu schlagen: Sie entwickelten eine Methode, mit der ein PET-ähnlicher Bio-Kunststoff aus CO₂ und Pflanzenabfällen erzeugt werden kann.

PET ist ein Polymer, das aus zwei erdölbasierten Grundbestandteilen hergestellt wird, Ethylenglykol und Terephthalsäure. Weltweit werden jährlich rund 50 Millionen Tonnen dieses Kunststoffs hergestellt – mit entsprechenden Umweltfolgen: „Durch die Nutzung von fossilen Grundstoffen und die für die Produktion verbrauchte Energie setzt jede Tonne PET vier Tonnen CO₂ frei“, erklärt Seniorautor Mathew Kanan.

Aanindeeta Banerjee und Matthew Kanan im Labor © Mark Shwartz/ Stanford University

Plastik-Rohstoff aus Pflanzenresten, CO₂ und Karbonat

Es gibt jedoch einen nachhaltigeren Ersatzstoff: Polyethylen-Furancarboxylsäure (PEF). Denn ihr Grundstoff 2-5-Furandicarboxylsäure (FDCA) kann aus Pflanzenstoffen hergestellt werden. Bisher gab es dabei jedoch ein Problem: Das FDCA ließ sich bisher nur aus Fruchtzucker erzeugen. „Das ist problematisch, weil die Fructoseproduktion einen großen CO₂ -Fußabdruck hinterlässt und letztlich mit dem Nahrungsanbau konkurriert“, erklärt Kanan.

Doch Banerjee und ihre Kollegen haben nun einen anderen, einfacheren Weg gefunden, um FDCA herzustellen. Dafür vermischten sie die aus Pflanzenabfällen leicht gewinnbare Furan-2-Carbonsäure mit Cäsiumkarbonat, einem kohlenstoffhaltigen, aus Kalkgestein gewonnenen Salz. Diese Mischung erhitzten sie unter Zugabe von CO₂ bis auf 200 Grad Celsius, bis sich eine Schmelze bildete.

Neue Chance für Bio-Plastik

Dabei geschah die entscheidende Reaktion: Nach fünf Stunden im Ofen hatten sich 89 Prozent der Salzschmelze in FDCA umgewandelt. Die Wissenschaftler haben damit einen Weg gefunden, um diesen wichtigen Bioplastik-Rohstoff auch aus harten Pflanzenabfällen wie Holzschnetzeln oder Gras zu produzieren. „Dies eröffnet einen Weg, um nichtessbare Biomasse und CO₂ in einen wertvollen Chemie-Rohstoff zu verwandeln“, konstatieren die Forscher.

Das für den Prozess benötigte CO₂ könnte beispielsweise aus Kraftwerks- oder Industrieabgasen gewonnen werden, was zusätzlich dazu beitragen würde, den Treibhausausstoß zu senken. Hinzu kommt, dass das aus FDCA hergestellte Bio-Plastik PEF gerade für Kunststoffflaschen noch besser geeignet ist als das bisher eingesetzte PET: „PEF isoliert besser gegen Sauerstoff, was gerade für Flaschen nützlich ist“, sagt Kanan.

Noch muss zwar einiges optimiert werden, um das Verfahren auch großtechnisch lohnend zu machen, aber die Forscher sind optimistisch, einem nachhaltigen Bio-Plastik einen Schritt näher gekommen zu sein. „Wir glauben, dass unsere Chemie das bisher ungenutzte Potenzial von PEF freisetzen kann“, sagt Kanan. (Nature, 2016; doi: 10.1038/nature17185)

(Stanford University, 14.03.2016 – NPO)