Schritt zu weniger Plastikmüll: Forscher haben einen Kunststoff entwickelt, der so stabil ist wie Nylon, sich aber bei längerer UV-Bestrahlung zersetzt. Damit könnte sich dieses Polymer als Ersatzmaterial für Fischernetze und andere Fischereiutensilien eignen, die einen Großteil des schwimmenden Plastikmülls im Meer ausmachen. Die intensive Sonneneinstrahlung auf dem Ozean würde ausreichen, um diesen Kunststoff zerfallen zu lassen.
Mehr als 150 Millionen Tonnen Plastikmüll schwimmen inzwischen in den Ozeanen -Tendenz steigend. Längst findet sich er sich selbst am arktischen Meeresgrund oder in den Tiefseegräben. Neben PET-Flaschen, Verpackungsmüll und Mikroplastik sind es vor allem die Reste von Fischernetzen aus Nylon und anderen Kunststoffen, die die Meere verunreinigen. Das Problem: Diese Kunststoffe können mehr als 1.000 Jahre im Meer schwimmen, ohne sich zu zersetzen.
Ersatz für Nylon gesucht
Um Abhilfe zu schaffen, haben Bryce Lipinski und seine Kollegen von der Cornell University nun einen Kunststoff entwickelt, der beispielsweise Fischernetze schneller abbaubar machen könnte. Denn etwa die Hälfte aller im Meer schwimmenden größeren Plastikteile gehen auf die Fischerei zurück, wie sie berichten. Netze und Seile bestehen dabei meist aus drei Arten von Kunststoffen: Polypropylen, hochdichtem Polyethylen und Nylon-6,6. Keine dieser Plastiksorten ist abbaubar.
Das Problem: Zwar arbeiten Forscher schon länger an biologisch abbaubaren Kunststoffen, diese bringen aber meist nicht die Festigkeit mit, die für die Fischerei benötigt werden. Deshalb haben Lipinski und sein Team gezielt nach einem Ersatz für den in Fischnetzen verwendeten Kunststoff gesucht. „Unser Plastik hat die mechanischen Eigenschaften, die beim kommerziellen Fischfang benötigt werden“, erklärt Lipinski. „Doch wenn dieses Material im Ozean verlorengeht, degradiert es in einer kürzeren Zeit.“
Kettenbrüche bei UV-Bestrahlung
Der neue Kunststoff besteht aus einer Variante des schon seit 1949 bekannten isotaktischen Polypropylenoxids (iPPO). Durch Variation der Kettenlänge und Anordnung der Grundbausteine gelang es Lipinski und seinem Team, dieses Polymer mechanisch so stabil zu machen, dass es den Anforderungen beispielsweise eines Taus oder Fischernetzes genügt. „Tests enthüllten eine Härtung unter Belastung, die das iPPO ähnlich stabil macht wie Nylon-6,6“, berichten die Forscher.
Das Entscheidende jedoch: Setzt man dieses Plastik ultravioletter Strahlung aus, wie es beispielsweise beim Umhertreiben eines losgerissenen Netzes auf See der Fall ist, dann beginnt ein Zersetzungsprozess. Bei dieser Photolyse kommt es zu zunehmenden Kettenbrüchen im Polymer, die das Plastik nach und nach in seine Grundbausteine zerlegen. Wie schnell dieser Abbau vonstatten geht, ist dabei von der Strahlungsintensität abhängig.
Erster Schritt zur Verringerung des marinen Plastikmülls
Bei Tests im Labor setzten die Forscher ihr neues Plastik einer Bestrahlung mit UV-A-Licht einer Intensität von 250 Mikrowatt pro Quadratzentimeter aus. Dabei zeigte sich, dass die Polymerketten des Kunststoffs innerhalb von 30 Tagen auf nur noch ein Viertel ihrer ursprünglichen Länge degradierten. Lipinski und sein Team sehen darin einen vielversprechenden Anfang.
Ihr ultimatives Ziel ist es jedoch, das Polymer so weiterzuentwickeln, dass es sich unter UV-Einfluss quasi spurlos zersetzt. Wie die Forscher erklären, gibt es bereits einige Studie zur Biodegradation kurzer iPPO-Ketten, daher habe man hier einen Ansatzpunkt. „Wir glauben, dass iPPO ein geeigneter Ersatz für Nylon-6,6 in umweltkritischen Anwendungen sein könnte“, sagt Lipinski. „Das könnte die anhaltende Plastikanreicherung in der Umwelt verringern.“ (Journal of the American Chemical Society, 2020; doi: 10.1021/jacs.0c01768)
Quelle: Cornell University
