EPFL-Ingenieure stellen einen neuen Ansatz für das Recycling von Kunststoffen vor

EPFL-Ingenieure stellen einen neuen Ansatz für das Recycling von Kunststoffen vor

Ein neuer Ansatz für das Recycling von Kunststoffen

Publiziert

Zwei EPFL-Ingenieure haben eine revolutionäre neue Methode zur Bekämpfung der Plastikverschmutzung entwickelt, indem sie sich das Innenleben der Proteine zunutze machen. Das Ergebnis? Eine völlig neue Sichtweise auf das Plastikrecycling

Jeder Mensch verbraucht im Durchschnitt 30 kg Plastik pro Jahr. Da die weltweite Lebenserwartung derzeit bei etwa 70 Jahren liegt, wirft jeder Mensch in seinem Leben etwa zwei Tonnen Plastik weg. Multipliziert man dies mit der Zahl der Menschen auf der Erde - die ständig wächst -, so ergibt sich eine schwindelerregende Summe. Francesco Stellacci, Ordinarius und Leiter des Labors für supramolekulare Nanomaterialien und Grenzflächen an der EPFL School of Engineering, hat sich daher Gedanken gemacht, wie man das Problem der gebrauchten Kunststoffe lösen und sie besser recyceln könnte. Stellacci nahm eine Zusammenarbeit mit Prof. Sebastian J. Maerkl vom Institut für Bioengineering der EPFL auf, und die beiden beschlossen, gemeinsam eine Doktorandin, Simone Giaveri, zu betreuen.

Nachdem sie die bestehenden Möglichkeiten des Kunststoffrecyclings geprüft hatten, beschlossen die Ingenieure, einen völlig neuen Ansatz zu entwickeln. "Wenn wir biologisch abbaubare Kunststoffe verwenden, hinterlässt der Abbauprozess Rückstände, die gelagert oder vergraben werden müssen. Je mehr Land dafür zur Verfügung steht, desto weniger Land steht für die Landwirtschaft zur Verfügung, und es sind auch ökologische Folgen zu berücksichtigen, da das biologische Abbauprodukt zwangsläufig das Ökosystem des Gebiets verändert", sagt Stellacci. Wie können wir also eine umfassende Lösung für das Problem des Kunststoffrecyclings finden? Ein Teil der Antwort könnte sehr wohl von der Natur selbst kommen.

Eine Perlenkette

Proteine sind eine der wichtigsten organischen Verbindungen, aus denen unsere Welt aufgebaut ist. Wie die DNA gehören sie zur Familie der Polymere; Proteine sind lange Ketten von Molekülen oder Monomeren, die als Aminosäuren bekannt sind. "Ein Protein ist wie eine Perlenkette, bei der jede Perle eine Aminosäure ist. Jede Perle hat eine andere Farbe, und die Farbreihenfolge bestimmt die Struktur der Kette und damit ihre Eigenschaften. In der Natur zerfallen die Proteinketten in die einzelnen Aminosäuren, und die Zellen fügen diese Aminosäuren wieder zu neuen Proteinen zusammen, d. h. sie bilden neue Perlenketten mit einer anderen Farbfolge", erklärt Giaveri.

Im Labor hat Giaveri zunächst versucht, diesen natürlichen Zyklus außerhalb lebender Organismen nachzubilden. "Wir wählten Proteine aus und teilten sie in Aminosäuren auf. Dann haben wir die Aminosäuren in ein zellfreies biologisches System gegeben, das die Aminosäuren wieder zu neuen Proteinen mit völlig anderen Strukturen und Anwendungen zusammengesetzt hat", erklärt er. So gelang es Giaveri und Stellacci beispielsweise, Seide in ein Protein umzuwandeln, das in der Biomedizintechnik verwendet wird. "Wichtig ist, dass die Qualität der auf diese Weise zerlegten und zusammengesetzten Proteine genau die gleiche ist wie die eines neu synthetisierten Proteins. Man baut in der Tat etwas Neues auf", sagt Stellacci.

Auch Plastik ist ein Polymer

Worin besteht nun die Verbindung zwischen dem Zusammenbau von Proteinen und dem Recycling von Kunststoffen? Da es sich bei beiden Verbindungen um Polymere handelt, könnten die in Proteinen natürlich vorkommenden Mechanismen auch auf Kunststoffe angewendet werden. Auch wenn diese Analogie vielversprechend klingt, warnt Stellacci, dass die Entwicklung solcher Methoden nicht über Nacht geschehen wird. "Es erfordert eine radikal andere Denkweise. Polymere sind Perlenschnüre, aber synthetische Polymere bestehen meist aus Perlen derselben Farbe, und wenn die Farbe unterschiedlich ist, spielt die Reihenfolge der Farbe kaum eine Rolle. Außerdem haben wir keine effiziente Möglichkeit, synthetische Polymere aus verschiedenfarbigen Perlen so zusammenzusetzen, dass ihre Reihenfolge kontrolliert werden kann." Er weist aber auch darauf hin, dass dieser neue Ansatz für das Kunststoffrecycling der einzige zu sein scheint, der wirklich dem Postulat der Kreislaufwirtschaft entspricht. "In Zukunft wird Nachhaltigkeit bedeuten, das Upcycling auf die Spitze zu treiben, viele verschiedene Gegenstände zusammenzuwerfen und das Gemisch zu recyceln, um jeden Tag ein anderes neues Material herzustellen. Die Natur macht das bereits", sagt er abschließend.

Originalveröffentlichung

EVENTS

analytica

Leitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie und analytica conference

Datum: 09.-12. April 2024

Ort: München (D)

Siams

Die Messe der Produktionsmittel der Mikrotechnik

Datum: 16.-19. April 2024

Ort: Moutier (CH)

Hannover Messe

Transfoming Industry Togheter

Datum: 22.-26. April 2024

Ort: Hannover (D)

IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

Datum: 13.-17. Mai 2024

Ort: München (D)

drupa

Weltweit führende Fachmesse für Drucktechnologien

Datum: 28. Mai-07.Juni 2024

Ort: Düsseldorf (D)

ArbeitsSicherheit Schweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz und Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 05.-06. Juni 2024

Ort: Zürich (CH)

EPHJ-EPMT-SMT

Internationale Ausstellung für Uhrenindustrie, Mikrotechnologie und Medizinaltechnik

Datum: 11 – 14 Juni 2024

Ort: Genf (CH)

Achema

Internationale Leitmesse der Prozessindustrie

Datum: 10.-14. Juni 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

SENSOR + TEST

Internationale Fachmesse für Sensorik, Mess- und Prüftechnik

Datum: 11.-13. Juni 2024

Ort: Nürnberg (D)

all about automation

Fachmesse für Industrieautomation

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

Rehacare

Die REHACARE ist die internationale Fachmesse für Rehabilitation, Prävention, Inklusion und Pflege.

Datum: 25. - 28. September 2024

Ort: Düsseldorf (D)

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 24.-26. September 2024

Ort: Nürnberg (D)

W3+ Fair Jena

Europas führende Plattform für Forschung und Innovationskraft

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Jena (D)

Cleanzone

Internationale Fachmesse und Kongress für Reinraumtechnologie

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

Ilmac Lausanne

Networking. Forum. Aussteller

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Lausanne (CH)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 18.-19. September 2024

Ort: Lausanne (CH)

IN.STAND

Die Messe für Instandhaltung und Services

Datum: 08.-09. Oktober 2024

Ort: Stuttgart (D)

VISION

Weltleitmesse für Bildverarbeitung

Datum: 08.-10. Oktober 2024

Ort: Stuttgart (D)

IFAS

Fachmesse für den Gesundheitsmarkt

Datum: 22.-24. Oktober 2024

Ort: Zürich (CH)

ALL4PACK EMBALLAGE

The global marketplace for Packaging Processing Printing Handling

Datum: 04.-07. November 2024

Ort: Paris (F)

electronica

Weltleitmesse und Konferenz der Elektronik

Datum: 12.-15. November 2024

Ort: München (D)

SEMICON Europa

Europäische Leitmesse für Mikroelektronik

Datum: 12.-15. November 2024

Ort: München (D)

VALVE WORLD EXPO

Weltweite Leitmesse für Industrie-Armaturen

Datum: 03.-05. Dezember 2024

Ort: Düsseldorf (D)

LABVOLUTION

Europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und die Optimierung von Labor-Workflows

Datum: 20.-22. Mai 2025

Ort: Hannover (D)

Automatica

Die Leitmesse für intelligente Automation und Robotik

Datum: 24.-27. Juni 2025

Ort: München (D)

LASER World of PHOTONICS

Weltleitmesse und Kongressfür Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 24.-27. Juni 2025

Ort: München (D)

SINDEX

Schweizer Messe für industrielle Automatisierung

Datum: 02.-04. September 2025

Ort: Bern (CH)

CMS Berlin

Internationale Leitmesse für Reinigung und Hygiene

Datum: 23.-26. September 2025

Ort: Berlin (D)

POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 23. - 25. September 2025

Ort: Nürnberg (D)

A + A

Messe und Kongress für Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit

Datum: 04.-07. November 2025

Ort: Düsseldorf (D)

AQUA Suisse

Die Schweizer Fachmesse für kommunales und industrielles Wassermanagement.

Datum: 26.-27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Die Fachmesse für industrielle Pumpen, Armaturen & Prozesse

Datum: 26. - 27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 07.-13. Mai 2026

Ort: Düsseldorf (D)

Bezugsquellenverzeichnis