Der neue biologisch abbaubare "Kunststoff" ist robust und flexibel
Das Bestreben, Kunststoff von Deponien fernzuhalten und gleichzeitig die Bedürfnisse der Lebensmittelindustrie zu befriedigen, ist mit Hürden verbunden.
Ein biologisch abbaubarer Ersatz für Produkte auf Erdölbasis muss allen möglichen Normen entsprechen, und bisher waren die Versuche, einen tragfähigen Ersatz aus erneuerbaren Quellen zu finden, aufgrund von Verarbeitungs- und wirtschaftlichen Einschränkungen nur bedingt erfolgreich. Die Produkte waren bisher unter anderem zu spröde für die Lebensmittelverpackung.
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Aber neue Forschungen der Ohio State University haben gezeigt, dass die Kombination von Naturkautschuk mit Biokunststoff auf innovative Weise zu einem viel besseren Ersatz für Plastik führt. DieserErsatz findet bereits das Interesse von Unternehmen, die ihre ökologischen Fußabdrücke verkleinern wollen.
Fast alle Kunststoffe - etwa 90 Prozent - sind auf Erdölbasis und nicht biologisch abbaubar, ein großes Umweltproblem.
In einer neuen Studie, die in der Zeitschrift Polymers veröffentlicht wurde, berichtet das Forschungsteam über den Erfolg eines gummierten, gehärteten Produkts aus der mikrobiellen Fermentation, das sich wie herkömmlicher Kunststoff verhalten könnte. Diese neue Studie zeigt den bisher größten Erfolg auf diesem Gebiet, so die Wissenschaftler.
"Frühere Versuche mit dieser Kombination waren erfolglos, weil die Weichheit des Kautschuks dazu führte, dass das Produkt dabei viel an Kraft verlor", sagte Hauptautor Xiaoying Zhao, ein Postdoc im Ohio State's Department of Food Science and Technology.
In der neuen Studie wurde Gummi zu einem pflanzlichen Thermoplast namens PHBV zusammen mit organischem Peroxid und einem weiteren Zusatz namens Trimethylolpropantriacrylat (TMPTA) geschmolzen.
Das Endprodukt war 75 Prozent zäher und 100 Prozent flexibler als die PHBV allein - damit ist es viel einfacher, es in Lebensmittelverpackungen zu verwandeln.
Andere Forschungsteams haben Gummi und PHBV kombiniert, aber die Produkte waren zu schwach, um allen Anforderungen an eine Lebensmittelverpackung zu standhalten. Der neue Kunststoff muss von der Verarbeitung über den Versand bis hin zur Lagerung in Geschäften und Privathaushalten funktionieren, insbesondere in Containern, die zum Gefrieren und anschließendem Mikrowellenformen verwendet werden, sagte der Senior-Autor der Studie, Yael Vodovotz, Professor für Lebensmittelwissenschaft und -technologie am Staat Ohio.
Erhöhte Flexibilität ohne signifikanten Kraftverlust ist besonders wichtig, wenn es um Kunststofffolien geht, die häufig zum Verpacken von Frischeprodukten bis hin zu Tiefkühlprodukten verwendet werden, sagte sie.
Während andere Versuche, diese Art von gummiverstärktem Biokunststoff herzustellen, die Festigkeit des PHBV um bis zu 80 Prozent reduziert haben, gingen in dieser Studie nur 30 Prozent der Festigkeit verloren - eine viel überschaubare Menge, sagte Zhao.
Die Zähigkeit, die verbessert wurde, unterscheidet sich von der Festigkeit, erklärte Studienko-Autorin Katrina Cornish, eine Expertin für Naturkautschuk und Professorin für Gartenbau und Pflanzenkunde am Ohio State.
"Stell dir vor, du versuchst, einen Betonblock mit den Händen auseinander zu ziehen. Das heißt, seine Stärke testen. Aber beim Karate, wenn man es mit Hand oder Fuß zerschlägt, wird seine Zähigkeit getestet - wie leicht es bricht", sagte Cornish.
"Man kann es nie auseinanderziehen, aber wenn man stark genug ist, kann man es brechen."
Ein Großteil des aktuellen Fokus der Forscher liegt auf der möglichen Verwendung verschiedener biologisch abbaubarer - und ansonsten umweltbewusster - Materialien, die sie als Füllstoffe verwenden könnten, um den Mix weiter zu stärken. Sie haben über die Verwendung des "Kuchens" diskutiert, der zurückgelassen wurde, nachdem ein Forscherkollege Öl aus verbrauchtem Kaffeesatz gewonnen hat. Tomatenschalen werden ebenso in Betracht gezogen wie Eierschalen.
"Wir wollen etwas, das sonst in den Müll geht, das nachhaltig und auch relativ billig ist", sagte Vodovotz.
Sie prüfen sogar das Potenzial, zwei Umweltprobleme gleichzeitig anzugreifen, indem sie sehen, wie invasive Gräser, die Umweltschützer aus den Wasserstraßen reißen, mit der mit Gummi angereicherten Mischung spielen könnten.
"Wir könnten sie trocknen, mahlen und diese Gräser möglicherweise als faserigen Füllstoff verwenden", sagte Vodovotz.
Neben verpackten Lebensmitteln könnte ein Biokunststoff möglicherweise auch in anderen lebensmittelbezogenen Anwendungen wie Geschirr und Schneidebrettern eingesetzt werden.
Und die Forscher wollen mit Kollegen außerhalb der Lebensmittelwissenschaft zusammenarbeiten, um andere Anwendungen für ihr Produkt zu erwägen, wie z.B. die Herstellung von Baumaterialien, Handschuhen für die Beschäftigten in der Gastronomie oder Teilen für Autos und Flugzeuge.
Während das Team daran arbeitet, seine Technologie aus dem Labor in die Lebensmittelindustrie zu verlagern, wird es viele Details geben, die es je nach den individuellen Prioritäten und Anliegen eines Unternehmens zu erarbeiten gilt, sagte Vodovotz, und das kann bedeuten, an der Mischung herumzubasteln.
"Wenn wir der Zusammenarbeit mit Lebensmittelherstellern immer näher kommen, gibt es spezifische Fragen, die unsere potenziellen Partner stellen", sagte Vodovotz. "Wir müssen sehr vorsichtig sein, was wir in diesem Prozess verwenden, um ihren Bedürfnissen gerecht zu werden, und sie haben sehr spezifische Parameter."
Das Center for Advanced Processing and Packaging Studies finanzierte die Studie.
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