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Laut einer Studie aus dem Jahr 2020 erzeugen die Vereinigten Staaten mehr Plastikmüll als jedes andere Land - etwa 46,3 Millionen Tonnen oder 287 Pfund pro Person im Jahr.
Die Recyclingquote von 9 % wird damit nicht Schritt halten können. Warum so niedrig? Die Chemie der heutigen Kunststoffe erschwert die Wiederverwertung der meisten. Selbst thermoplastische Kunststoffe, die eingeschmolzen werden können, werden bei jeder Wiederverwendung schwächer. Und das führt zum eigentlichen Hindernis für das Recycling - der Wirtschaftlichkeit. Es gibt einfach keinen Gewinnanreiz.
Doch nun hat eine Gruppe von Chemikern an der University of North Carolina in Chapel Hill den Spiess umgedreht, indem sie eine Methode entdeckt hat, mit der Kunststoffe aufgespalten werden können, um ein neues Material zu schaffen, das stärker und zäher ist als das ursprüngliche - und damit potenziell wertvoller.
"Unser Ansatz betrachtet Kunststoffabfälle als eine potenziell wertvolle Ressource für die Herstellung neuer Moleküle und Materialien", so Frank Leibfarth, Assistenzprofessor für Chemie am UNC College of Arts & Sciences. "Wir hoffen, dass diese Methode einen wirtschaftlichen Anreiz für das Recycling von Kunststoffen schaffen und so buchstäblich Müll in einen Schatz verwandeln kann."
Leibfarth und der auf chemische Synthese spezialisierte UNC-Chapel Hill-Professor Erik Alexanian beschreiben in der Zeitschrift Science den Ansatz, der den Kreislauf des Plastikrecyclings schliessen könnte .
Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen gehören zu den stärksten chemischen Bindungen in der Natur. Die Stabilität erschwert die Umwandlung von Naturprodukten in Arzneimittel und macht das Recycling von Standardkunststoffen schwierig.
Durch die Veränderung der Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen in Polymeren, den Bausteinen für moderne Kunststoffe, die in Einkaufstüten, Getränke- und Wasserflaschen, Lebensmittelverpackungen, Autoteilen und Spielzeug verwendet werden, könnte die Lebensdauer von Polymeren über Einwegplastik hinaus verlängert werden.
Mit einem neu identifizierten Reagenz, das Wasserstoffatome von medizinischen Verbindungen und Polymeren abspalten kann, konnten die UNC-Chemiker neue Bindungen an Stellen herstellen, die bisher als nicht reaktionsfähig galten.
"Die Vielseitigkeit unseres Ansatzes besteht darin, dass er viele wertvolle Umwandlungen von Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen in einem breiten Spektrum von wichtigen Verbindungen ermöglicht", so Alexanian.
Müll in einen Schatz verwandeln
Die Leibfarth-Gruppe in Carolina konzentriert sich darauf, Polymere zu entwickeln, die intelligenter, funktioneller und nachhaltiger sind.
Mit Unterstützung des NC Policy Collaboratory entwickelte das Team ein superabsorbierendes Polymer, das gefährliche Chemikalien aus dem Trinkwasser entfernen kann.
Die Forscher wollen diesen innovativen Ansatz nutzen, um schwer zu recycelnde Kunststoffabfälle in eine hochwertige Klasse von Polymeren umzuwandeln.
Sie begannen mit Schaumstoffverpackungen, die zum Schutz von Elektronikgeräten während des Versands verwendet werden und ansonsten auf Mülldeponien landen. Proben von Post-Consumer-Schaumstoff wurden von High Cube LLC, einem Recyclingunternehmen in Durham, N.C., zur Verfügung gestellt. Der Schaumstoff besteht aus einem Kunststoff mit geringer Dichte, einem so genannten kommerziellen Polyolefin.
Durch die selektive Entnahme von Wasserstoffatomen aus dem Polyolefin gelang es den Chemikern, die Lebensdauer des Einwegkunststoffs in einen hochwertigen Kunststoff, ein so genanntes Ionomer, zu verlängern.
Die meisten recycelten Kunststoffe werden zu minderwertigeren Produkten wie Teppichen oder Polyesterkleidung weiterverarbeitet, die auf Mülldeponien landen können. Weggeworfene Kunststoffe in den Gewässern gefährden das Leben im Meer, wenn Schildkröten das Plastik im Meer mit Nahrung verwechseln.
Aber wenn die Chemie wiederholt auf Polymere angewandt werden kann, um sie immer wieder zu recyceln, "könnte das unsere Sichtweise auf Plastik verändern", so Leibfarth.
Originalveröffentlichung
Timothy J. Fazekas et al.; "Diversification of aliphatic C–H bonds in small molecules and polyolefins through radical chain transfer"; Science; 3 Feb 2022