Ein neues Polymer, das so fest wie Polyethylen, aber so gut recycelbar wie PET sein soll? Als Sam Marsden, Doktorand an der Pritzker School of Molecular Engineering, gebeten wurde, Kunststoffe zu erklären, holte er eine Kette aus Büroklammern und ein grob verknotetes Stück Schnur hervor. Diese Büroklammerkette steht für einen sehr gut recycelbaren Kunststoff wie Polyethylenterephthalat (PET), das in Getränkeflaschen und Fasern in Kleidung vorkommt. Diese können auf molekularer Ebene zerlegt und zu neuwertigen Materialien wiederaufgebaut werden.
Die Schnur steht für weniger recycelbare Kunststoffe wie das Polyethylen einer Einkaufstüte. Zwar kann das Ausgangsmaterial wiederverwertet werden, indem man die Schnur beispielsweise zerschneidet und die Stücke wieder zusammenknüpft, doch wird das Ergebnis nie an das Original heranreichen. „Man kann versuchen, diese Art von Kunststoffen zu recyceln, aber am Ende erhält man nur etwas von schlechterer Qualität“, sagte Marsden.
Wie ein neues Polymer das Recycling neu definiert
Die Reihe von Schnüren, die durch Büroklammern miteinander verbunden sind, steht für die neue Form von Polymer, an deren Entwicklung Marsden arbeitet. Dabei werden Polyethylenketten in kleinere Einheiten zerlegt, deren Enden so modifiziert sind, dass sie die Recyclingfähigkeit anderer Kunststoffformen nachahmen. Es wird ein Kunststoff sein, der so stark wie Polyethylen, aber so recycelbar wie PET ist.
„Sam befasst sich mit einem der sichtbarsten und drängendsten Probleme unserer Zeit“, sagte Stuart Rowan, Professor an der PME und leitender Forscher von Marsden. „Die meisten Kunststoffe wurden ursprünglich so konzipiert, dass sie nicht abbaubar sind. Was mit dem Kunststoff am Ende seiner Lebensdauer geschieht, war schlichtweg kein Thema, als diese Polymere vor über 50 Jahren entwickelt wurden. Aber Polymere und Kunststoffe haben so viele nützliche Eigenschaften, dass sie in fast allen Bereichen unseres täglichen Lebens eine Rolle spielen. Das hat dazu geführt, dass ihre Produktion im Laufe der Jahre sprunghaft angestiegen ist. Ihre Entsorgung als ‚Wegwerfartikel‘ verursacht weltweit Probleme.“
Neuer Weg, Kunststoffe technisch und ökologisch kompatibel zu machen
Kunststoff ist ein Sammelbegriff für eine Vielzahl von Polymeren, von denen jedes seine eigenen Eigenschaften und Mängel hat. Kunststoff kann geformt, gebogen, in Form gebracht, zu Softdrinkflaschen geblasen, zu Plastikfolie ausgebreitet, zum Schutz von Fahrzeuginsassen gehärtet oder zu Styropor-Isoliermaterial aufgeblasen werden. „Es gibt einen Grund, warum Kunststoff überall zu finden ist“, sagte Marsden. „Es ist ein großartiges Material. Es hat hervorragende Eigenschaften.“ Das Problem entsteht jedoch durch die Verwendung dieser unverwüstlichen Materialien für Einwegprodukte. Eine Einkaufstüte aus Polyethylen niedriger Dichte oder ein Spork aus Polypropylen sind für die Dauer einer Mahlzeit oder die Fahrt vom Laden nach Hause nützlich, liegen dann aber jahrhundertelang auf Mülldeponien.
In der Vergangenheit war für die Unternehmen, die diese Verpackungen und Produkte entwerfen und herstellen, die Recyclingfähigkeit des Materials weniger wichtig als die Kosten und Eigenschaften des Polymers. Polypropylen eignet sich nicht für Einkaufstüten und Polyethylen niedriger Dichte. Derzeit konzentriert sich Marsdens Forschung auf den Ersatz von hochdichtem Polyethylen (HDPE), einem der weltweit am häufigsten produzierten Kunststoffe. Dieser Kunststoff wird häufig für Milchflaschen verwendet. Er plant, anschließend zwei weitere großtechnisch hergestellte Kunststoffe zu ersetzen: Polyethylen niedriger Dichte und Polypropylen. Marsden ist sich jedoch bewusst, dass Hersteller nur dann auf andere Materialien umsteigen werden, wenn Preis und Eigenschaften stimmen.
Aus diesem Grund ergänzt Marsden seine PME-Ausbildung durch Kurse in Wissenschaftspolitik und internationaler Klimapolitik an der Harris School of Public Policy der Universität Chicago. Das perfekte Material im Labor ist wertlos, wenn es nicht auf den Markt kommt. „Ohne einen echten Anreiz werden viele Menschen lieber die Schnur verwenden, als sich um diese nachhaltigeren Materialien zu bemühen“, sagte er und hielt seine Beispielknoten hoch.
