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Enzyme sollen Plastik kompostierbar machen

23.4.2021

Ein modifiziertes Plastik zersetzt sich fast vollständig in warmem Leitungswasser. Dafür sorgen Enzyme, die im Kunststoff eingebettet sind.

Bisher ist biologisch abbaubares Plastik nicht so umweltfreundlich wie erhofft. Nicht einmal in industriellen Kompostanlagen zerfällt es ausreichend, geschweige denn auf dem heimischen Komposthaufen. Nun aber will ein Team um die Materialwissenschaftlerin Ting Xu von der University of California in Berkeley einen Kunststoff entwickelt haben, der tatsächlich kompostierbar ist: Er verdankt das eingebetteten Enzympartikeln, die den Kunststoff fast vollständig in seine Bestandteile abbauen, sobald sie aktiviert werden. Diese Ergebnisse stellt das Team im Magazin «Nature» vor.

Bereits während der Herstellung des Plastiks wird dazu das eigens entwickelte Enzym in Form winziger Nanopartikel fein verstreut in das Material eingebettet. Entscheidender Fortschritt ihrer Entwicklung ist eine Schutzhülle, die die Enzyme umgibt und verhindert, dass sie frühzeitig zerfallen.

Die Forscherinnen und Forscher testeten ihre Methode an zwei biologisch abbaubaren Plastiksorten, den Polyestern Polycaprolacton (PCL) und den Polylactiden (PLA). Um sie zu zerstören, genügte erhitztes Leitungswasser. Es löst die Schutzhülle der Enzyme, die das PCL innerhalb eines Tages bei 40 Grad Celsius und das PLA nach sechs Tagen im 50 Grad Celsius heissen Wasserbad fast vollständig abbauen. Solche Bedingungen herrschen auch in professionellen Kompostanlagen. Hier ist das Material ersten Tests zufolge nach einer vergleichbaren Zeitspanne verschwunden. Die durch den Abbau von PLA entstehende Milchsäure könnte Mikroben im Kompost als Nährstoff dienen. Das fein verteilte Enzym sorgt zudem dafür, dass der Kunststoff komplett zerlegt wird und nicht etwa in Mikroplastik zerfällt.

Ist das Plastik im Alltag hingegen nur geringer Feuchtigkeit oder Wärme ausgesetzt, bleibt es stabil: Xu und ihr Team zeigten, dass sich das Plastik selbst nach drei Monaten in 37 Grad Celsius warmem Wasser nicht wesentlich aufgelöst hatte. PLA wird häufig in Verpackungen eingesetzt, ist aber auch ein viel genutztes Material von 3D-Druckern. PCL findet vor allem im medizinischen Bereich Anwendung, etwa in Medikamenten und Verbandsmaterial. Grundsätzlich spreche nichts dagegen, die gleiche Technik auf andere Kunststoffe anzuwenden.

Derzeit arbeitet das Team an der Modifizierung der Schutzhüllen. Ein Ziel ist es, den Plastikabbau an einem bestimmten Punkt zu stoppen, damit der Kunststoff nicht vollständig zerstört wird, sondern neu eingeschmolzen und wiederverwertet werden kann.

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