(Andriy Onufriyenko/Getty Images) Unser Planet und alles, was auf ihm lebt, bricht unter der Last aller zusammen Plastik-Müll wir produzieren. Das Volumen dieser nicht biologisch abbaubaren Materialien, die nach Gebrauch entsorgt werden, beträgt nur zunehmen Deshalb brauchen wir neue Wege, um sie anzugehen, und zwar schnell.
Eine neue Studie demonstriert den Proof-of-Concept eines völlig neuen Ansatzes für das Kunststoffrecycling, der von der Art und Weise inspiriert ist, wie die Natur die Bestandteile von organischem Material auf natürliche Weise „recycelt“. Polymere in unserer Umwelt vorhanden.
Der Ansatz orientiert sich an der Tatsache, dass Proteine Innerhalb organischer Polymere werden diese ständig in Einzelteile zerlegt und zu unterschiedlichen Proteinen wieder zusammengesetzt, ohne dass dabei die Qualität der Bausteine verloren geht. Wenn es darum geht, Kunststoff – ein synthetisches Polymer – zu recyceln, ohne ihn zu zersetzen, müssen wir im Wesentlichen kleiner denken.
Proteine sind eine der wichtigsten organischen Verbindungen, die als Bausteine für alles Biologische dienen. Dabei handelt es sich um lange Ketten von Molekülen (oder Monomeren), die als Aminosäuren bekannt sind, und Forscher glauben, dass die Art und Weise, wie diese Moleküle aufgebrochen und neu konfiguriert werden können, auf eine mögliche Strategie für das Recycling synthetischer Polymere schließen lässt.
„Ein Protein ist wie eine Perlenkette, wobei jede Perle eine Aminosäure ist.“ sagt Materialwissenschaftlerin Simone Giaveri , von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) in der Schweiz.
„Jede Perle hat eine andere Farbe und die Farbfolge bestimmt die Struktur der Schnur und damit ihre Eigenschaften.“ „In der Natur zerfallen Proteinketten in ihre einzelnen Aminosäuren, und Zellen setzen diese Aminosäuren wieder zu neuen Proteinen zusammen – das heißt, es entstehen neue Perlenketten mit einer anderen Farbfolge.“
Die Forscher nennen ihren Ansatz „Nature-inspiriertes Circular-Economy-Recycling“, kurz NaCRe.
In Labortests gelang es dem Team, ausgewählte Proteine in Aminosäuren zu zerlegen und diese dann zu neuen Proteinen mit unterschiedlichen Strukturen und Verwendungszwecken zusammenzusetzen. In einem Fall verwandelten sie die Proteine aus Seide in grün fluoreszierendes Protein, einen leuchtenden Marker, der in der biomedizinischen Forschung verwendet wird. Trotz dieser De- und Rekonstruktion bleibt die Qualität der Proteine konstant.
(Giaveri et al., Fortgeschrittene Werkstoffe , 2021)
Nach der Analyse des Teams könnten die Mechanismen, die natürlicherweise in Proteinen ablaufen, auch auf Kunststoffe übertragen werden, allerdings wird die Entwicklung und Skalierung der notwendigen Technologie einige Zeit in Anspruch nehmen.
Es gibt große Unterschiede zwischen natürlichen und synthetischen Polymeren, die berücksichtigt werden müssen, aber die Forscher sagen, dass dieser neue Ansatz des Recyclings machbar ist – und Materialien so lange wie möglich im Einsatz halten würde.
„Es wird eine radikal andere Denkweise erfordern“ sagt der Materialwissenschaftler Francesco Stellacci , von der EPFL. „Polymere sind Perlenketten, aber synthetische Polymere bestehen größtenteils aus Perlen derselben Farbe, und wenn die Farbe unterschiedlich ist, spielt die Reihenfolge der Farben kaum eine Rolle.“
„Außerdem haben wir keine effiziente Möglichkeit, synthetische Polymere aus verschiedenfarbigen Perlen so zusammenzusetzen, dass ihre Reihenfolge gesteuert wird.“
Sogar biologisch abbaubare Kunststoffe erzeugen Abfallrückstände, die nach Abschluss des Recyclingprozesses gelagert oder vergraben werden müssen, mit den üblichen Folgeeffekten für die Umwelt in Bezug auf Landnutzung und Umweltverschmutzung. Die neue Strategie könnte Abhilfe schaffen.
Die Forscher schätzen, dass ein Mensch im Laufe seines 70-jährigen Lebens durchschnittlich etwa 2 Tonnen Plastik wegwirft – und wenn man bedenkt, dass derzeit fast 8 Milliarden Menschen auf der Erde leben, ist das eine katastrophale Menge an Abfall.
Und während wir machen Einige Fortschritte Bei der Bewältigung unseres Problems der Plastikverschmutzung reicht es derzeit bei weitem nicht aus. Um zu verhindern, dass Kunststoffe noch mehr Schaden anrichten, ist ein radikales Umdenken und Handeln erforderlich unsere Welt Und unsere Gesundheit .
„Nachhaltigkeit bedeutet in Zukunft, das Upcycling auf die Spitze zu treiben, viele verschiedene Gegenstände zusammenzuwerfen und die Mischung zu recyceln, um jeden Tag ein anderes neues Material zu produzieren.“ sagt Stellacci . „Die Natur macht das schon.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Fortgeschrittene Werkstoffe .