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Nanokatalysatoren

Neues Verfahren erzeugt Bio-Plastik aus Lebensmittelabfällen

Neue Nanokatalysatoren erzeugen effektiv aus Abfällen der Lebensmittelproduktion Hydroxymethylfurfural, aus dem Bio-Plastik hergestellt werden kann.

Warschau (Polen). Polyethylen (PET), Polypropylen (PP) und andere Kunststoffe haben die Produktion von Alltagsgegenständen so stark verändert wie wohl kein anderes Material zuvor. Inzwischen sorgt die stetige Produktion neuen Plastiks und die gleichzeitig geringe Recyclingquote, die in Deutschland trotz des grünen Punkts bei nur 16 Prozent liegt, weltweit für ökologische Probleme wie zum Beispiel die Bedrohung von sauerstoffproduzierenden Bakterien, deren Existenz auch für den Menschen von essentieller Bedeutung ist.

Auch der Mensch nimmt inzwischen über die Nahrung und über Mikroplastik in der Luft etwa 200.000 winzige Plastikpartikel pro Jahr auf, deren Langzeitfolgen für die Gesundheit schwer abzuschätzen sind. Wissenschaftler forschen aus diesen Gründen weltweit nach Alternativen, die zwar genauso leicht und haltbar sind wie herkömmliche Kunststoffe, aber biologisch abbaubar sind und daher keine Umweltprobleme verursachen.

Bio-Plastik aus Lebensmittelabfällen

Laut einer Mitteilung des Institute of Physical Chemistry der polnischen Akademie der Wissenschaften wurde nun ein Verfahren entwickelt, das es ermöglicht aus Abfällen der Lebensmittelproduktion Hydroxymethylfurfural (HMF) zu erzeugen. Dimitrios Giannakoudakis erklärt, dass „die teilweise Oxidation der Hydroxygruppe des HMF-Moleküls zu einer Bildung des korrespondierenden Aldehyds, 2,5-Diformylfuran (DFF) führt.“ Dieses Material kann dann zur Herstellung von Bio-Plastik genutzt werden.

Laut der im Fachmagazin Applied Catalysis B veröffentlichten Forschungsarbeit werden Produkte, die aus diesem Kunststoff hergestellt wurden, in der Natur deutlich schneller zersetzt als Plastik, das aus konventionellen Polymeren besteht. Juan Carlos Colmenares, Co-Autor der Studie fügt hinzu, dass „das Plastik spätestens nach ein paar Jahren in der Natur vollständig verschwunden ist.“

Nanokatalysatoren machen Verfahren auch wirtschaftlich sinnvoll

Das Verfahren zur Erzeugung des Bio-Plastiks ist zwar bereits seit längerem bekannt, wurde aber bisher nicht im industriellen Maßstab eingesetzt, da zur Überführung von HMF zu DFF hohe Temperaturen und komplizierte Technik nötig waren, die dafür gesorgt haben, dass die Herstellung deutlich teurer war, als die Produktion herkömmlichen Plastiks aus Erdöl.

Mithilfe von neuentwickelten Nanostäbchen aus Mangandioxid (MnO2), die innerhalb des Prozesses als Katalysator die Teiloxidation beschleunigen, ist es nun möglich den für das Bio-Plastik nötigen Baustein bei deutlich geringeren Temperaturen und unter normalen Druckverhältnissen herzustellen. Möglich ist dies laut Colmenares, da „diese Nanokatalysatoren lang und sehr dünn sind und ihre Struktur die Absorption von Licht erhöht.“ Konkret wird für die photokatalytischen Reaktion, die HMF in DFF umwandelt, lediglich eine LED-Leuchte im UV-Bereich und Sauerstoff aus der Luft benötigt.

Verfahren erzeugt keinen Abfall

Außerdem betont Colmenares, dass das Verfahren „eine abfallfreie Methode ist, die ohne die Zugabe von zusätzlichem Sauerstoff oder anderen Additiven auskommt.“ Auch die Nanokatalysatoren lassen sich mehrfach verwenden. Da die Experimente zeigten, dass das Verfahren sehr effizient ist und nahezu das gesamte HMF umgewandelt wird, wollen die Wissenschaftler die Technologie patentieren und weiter optimieren, um in Zukunft Bio-Plastik im industriellen Ausmaß erzeugen zu können.

Applied Catalysis B, doi: 10.1016/j.apcatb.2019.117803

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