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Die entwicklung von biopolymeren kann die meeres – und bodenverschmutzung wesentlich verringern

Sind sie der Ansicht dass, wenn Sie einen Plastikbeutel für Lebensmittel auf den Boden werfen, nichts passieren kann, weil Sie es nur einmal gemacht haben? Das es sich irgendwie „von selbst reinigt“? Sie können sicher sein, dass jedes einzelne Stück zählt.

Gemäß dem Bericht der Ellen MacArthur Stiftung, der letztes Jahr veröffentlicht wurde, landen jedes Jahr mindestens acht Millionen Tonnen Abfall in den Ozeanen. Dies ist ungefähr ein Abfallcontainer pro Minute. Eine Minute! Was noch schlimmer ist, im Jahr 2030 werden es zwei Container pro Minute und vier im Jahr 2050 sein!

The development of biopolymers can substantially reduce marine and soil pollution
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Im gleichen Dokument wird angegeben, dass die Ozeane bis 2025 eine Tonne Kunststoff pro drei Tonnen Fisch enthalten werden, und bis 2050 wird erwartet, dass die Ozeane mehr Kunststoffe als Fisch enthalten. Außerdem gelangen Kunststoffe in das Fleisch der Fische und über das Fleisch in den menschlichen Körper. Kunststoffe kontaminieren auch das Wasser. Gemäß einer Untersuchung von Orb Media in den USA, war das Wasser von 94 Prozent der Proben verunreinigt, einschließlich Wasser im Kongressgebäude, dem Trump Tower in New York und der amerikanischen Umweltschutzbehörde, EPA.

Aber genug mit den beunruhigenden Nachrichten. Es besteht kein Zweifel, dass ein umweltfreundlicheres Vorgehen notwendig ist. Die Lösung könnten Biopolymere oder Biokunststoffe sein, die in der Natur viel schneller abgebaut werden. Ihre Herstellung ist jedoch teuer,. Die Produktion von Biokunststoffen ist ungefähr fünfmal teurer als die Produktion von herkömmlichen Kunststoffen, die aus nicht erneuerbaren Petroleum-Materialien hergestellt werden. Dies ist auf die energiesparende und technologisch kompliziertere Herstellung zurückzuführen.

Die Wissenschaftler des Polymer-Instituts Brünn erforschen, in Zusammenarbeit mit UNP-RPA Litvínov, geeignete Biomaterialien, die einen angemessenen Preis haben werden.

 Was ist der Fortschritt und was ist das Ziel?

„Gegenwärtig haben wir einen strategischen Plan, der darauf abzielt, die Auswirkungen von schwer abbaubaren, petroleumbasierten Kunststoffen auf die Umwelt zu reduzieren. Wir konzentrieren uns auf die Herstellung von Biokunststoffen, welche die primäre Funktion, für die sie geschaffen wurden, erfüllen und um die momentan verwendeten petroleumbasierten Kunststoffe vollständig zu ersetzen“, sagt Pavel Huljak von der Abteilung für Materialforschung des Polymer-Instituts in Brünn.

Biopolymere, d.h. Materialien die aus erneuerbaren Quellen gewonnen werden, waren bereits in der ersten Hälfte des letzten Jahrhunderts bekannt. Diese sind natürliche Polymere, die von einer Anzahl von Bakterien als Kohlenstoff- und Energiequelle produziert werden. Dafür benötigen sie jedoch eine Substanz, die sie in einem folgenden Fermentationsprozess in Polymere umwandeln.

Der Einsatzstoff, die „Nahrung für die Bakterien“ ist normalerweise organisch pflanzlichen Ursprungs, wie Maisstängel, Zuckerrohr, zerkleinerte Körner und andere Kulturpflanzen, die Polysaccharide enthalten.

Was ist der Unterschied zwischen einem üblichen Kunststoff und einem Biopolymer?

Übliche Polyolefinkunststoffe (wie beispielsweise Polypropylen und Polyethylen) werden aus nicht erneuerbaren Petroleum-Inputs hergestellt und benötigen sehr lange um sich zu zersetzen, üblicherweise mehrere hundert Jahre. Dies führt zu einer ständig wachsenden Menge an festen Abfällen, die nicht nur auf Deponien, sondern auch in den Ozeanen landen.

Im Gegensatz dazu sind Biokunststoffe leicht biologisch abbaubar (der biologische Abbau ist der Prozess der Materialzersetzung in der Natur) und zersetzen sich in den Deponien durch natürliche Alterung innerhalb von Monaten.

Ein von Bakterien synthetisiertes Biopolymer wird isoliert, und ein Rohprodukt erhalten, und entsprechend seiner zukünftigen Funktion verändert. Gegenwärtig erlangen diese Materialien Aufmerksamkeit aufgrund der wachsenden Anforderungen an Ökologie und Abfallwirtschaft.

Welche Stoffe sind natürliche Polymere?

„Hierzu gehören beispielsweise Polymilchsäure, auch bekannt als Polylactid, die durch Polymerisation von Milchsäure erhalten werden kann. Diese Substanz kommt natürlicherweise in unserem Körper vor und ist für die Mehrheit der Bevölkerung Teil der täglichen Ernährung“, sagt Pavel Huljak.

Andere Biopolymere sind Polyhydroxybutyrat, Polycaprolacton, Polyethylenglykol und viele andere. Diese Polymere beruhen auf ihren natürlichen Analoga, den von der Natur synthetisierten Biopolymeren wie Stärke, Cellulose, Naturkautschuk, Gelatine und Harz.

„Wir schaffen lediglich Biopolymere in einer Weise, wie es die Natur selbst nicht kann”, fügt Pavel Huljak hinzu.

Das Polymer-Institut Brünn versucht ein geeignetes Material zu entwickeln, das auf erneuerbaren Rohstoffen basiert, leicht abbaubar und kompostierbar ist. Es ist wichtig, dass das Material auf Deponien auf natürliche Weise altert ohne dass Nebenwirkungen auftreten, wie zum Beispiel die Emission toxischer Produkte in die Luft, das Wasser oder den Boden.

 Der Hauptgrund warum die Herstellung von Biopolymeren eine gute Sache ist, ist die Reduzierung des Kohlenstoff-Fußabdrucks in der Luft, um eine Erhöhung der Konzentration von Kohlenstoffoxiden bei der Herstellung oder Verbrennung von herkömmlichen petroleumbasierten Kunststoffen zu vermeiden. Das Ignorieren dieser Aspekte könnte zukünftig nur zu Problemen mit dem bekannten Treibhauseffekt und zu einer Verschlechterung der Luftqualität führen.

Den Vorteilen entgegenwirkend, sind die Nachteile der Biomaterialien ihre allgemein hohe Sprödigkeit und Steifigkeit (hinsichtlich Duktilität und Plastizität), sowie eine hohe Hydrolyseempfindlichkeit durch die Aufnahme von Luftfeuchtigkeit.

„Aufgrund dieser Tatsachen versuchen wir, diese Biopolymere so zu modifizieren, sodass sie in Bereichen eingesetzt werden können, in denen solche Eigenschaften unerwünscht und limitierend sind“, sagt Huljak.

 Wo können Biopolymere eingesetzt werden?

Ihre vorteilhaften Besonderheiten sind Biokompatibilität und Biosicherheit.

Aus diesem Grunde werden sie häufig in der Medizin verwendet, beispielsweise als Haltbarkeit für Wirkstoffträger, oder sogenannte Gerüste, die als vorübergehender Ersatz für geschädigtes Gewebe dienen, auf das geeignete Stammzellen aufgebracht werden. Nach einer bestimmten Zeit zerfällt das Biopolymer im menschlichen Körper und wird auf gewöhnliche Weise ausgeschieden. Die Biomaterialien werden jedoch in diesem Stadium nicht mehr benötigt, da die aufgebrachten Zellen selbst das geschädigte Gewebe durch Proliferation in das Gerüst infiltrieren, und das Gewebe regeneriert wird.

Es ist auch möglich, Biomaterialien als Hydratationsfolien in Form von Hydrogel für die Behandlung von Verbrennungen zu verwenden.

Diese Eigenschaften können auch vorteilhaft in der Nahrungsmittelindustrie für Verpackungsmaterialien verwendet werden. Dazu gehören Plastikflaschen, Tassen, Taschen, Folien, Teebeutel und dergleichen. Hier wird ein großer Wert auf die vom natürlichen Altern, auch während einer längeren Lagerung, ausgehende Freisetzung und Extraktion von potenziell gefährlichen und toxischen Substanzen gelegt.

Dieses Risiko ist jedoch für Biopolymere sehr gering. Sie sind aus natürlichem Material hergestellt; daher werden sie nicht zu etwas anderem als denjenigen Substanzen abgebaut, die bereits Teil unseres Körpers oder unserer Ernährung sind.

Kann ein Biopolymer in Lebensmitteln freigesetzt werden, was bei gängigen Kunststoffen häufig diskutiert wird? „Beispielsweise ist bei einem Verpackungsmaterial aus Polymilchsäure die Menge an Milchsäure, die in die Nahrung freigesetzt wird, etwa 700 mal niedriger als die tägliche Aufnahme dieser Säure bei einem gestillten Säugling in Form von Muttermilch“, sagt Pavel Huljak.

Biopolymere werden auch bei der Herstellung von biologisch abbaubaren Filmen unter Pflanzen verwendet. Sie setzen Wasser sehr gut frei und bewässern die Pflanzen, und wenn sie nach einer bestimmten Zeit nicht mehr benötigt werden, zerfallen sie und integrieren sich auf natürliche Weise in das Ökosystem des Bodens.

Sie werden als Verpackungsmaterialien in der Kosmetik und für Verbraucherprodukte wie Shampooflaschen und Cremes verwendet.