Chinesisches Forschungsteam entwickelt biologisch abbaubaren Kunststoff mit Mikroben

Ein chinesisches Forschungsteam hat einen Kunststoff entwickelt, der sich selbst abbauen kann. Der Kunststoff auf Polymerbasis enthält Mikroben, die die Polymerketten innerhalb von lediglich sechs Tagen komplett abbauen können. Dadurch können Kunststoffe hergestellt werden, deren Zersetzungsprozess von außen zu bestimmten Zeitpunkten angestoßen werden kann – ohne dabei Mikroplastik zu hinterlassen.

Viele Gegenstände des täglichen Gebrauchs sind aus Kunststoff hergestellt, werden jedoch nur über einen gewissen Zeitraum genutzt. Die Kunststoffgegenstände halten jedoch deutlich länger, müssen dann teuer entsorgt oder verbrannt werden. Im schlimmsten Fall werden sie achtlos in der Natur weggeworfen und führen zu Mikroplastik mit entsprechenden Folgen für Menschen und Umwelt.

Das chinesische Forschungsteam hat sich Gedanken darüber gemacht, wie ein Lebenszyklus eines Kunststoffs direkt in das Material eingebaut werden kann. Die Ergebnisse ihrer Forschung haben die Wissenschaftler in der Studie „Degradable Living Plastics Programmed by Engineered Microbial Consortia“ festgehalten, die in ACS Applied Polymer Materials erschienen ist.

Der Kunststoff der Forscher basiert auf Polycaprolacton, einem Polymer, das etwa im 3D-Druck sowie in der Chirurgie als Nahtmaterial eingesetzt wird. In das Material betteten die Wissenschaftler eine ruhende Sporenform von Bacillus subtilis ein. Die Mikroben sind so angelegt, dass sie zwei kooperierende, polymerabbauende Enzyme produzieren können. Das eine Enzym, die Lipase von Candida antarctica, zerkleinert lange Polymerketten in kurze Stücke. Das andere Enzym dagegen, die Lipase von Burkholderia cepacia, zerlegt die Monomerbausteine von ihren beiden Enden her und regt zugleich zur Sporenbildung an.

Der von den Wissenschaftlern hergestellte Kunststoff weist ähnliche mechanische Eigenschaften wie eine Polycaprolactonfolie auf. Um den Zersetzungsprozess zu aktivieren, setzten sie den Kunststoff einer Nährlösung bei 50 °C aus, sodass die Sporen aktiviert wurden und die dabei entstehenden Enzyme den Kunststoff innerhalb von sechs Tagen vollständig in seine Grundbausteine zerlegten. Das geschah nach Angaben der Forscher mit einer so hohen Effizienz, dass dabei kein Mikroplastik übrig blieb. Die Forscher stellten als Machbarkeitsnachweis eine funktionierende Elektrode aus ihrem „lebenden“ Kunststoff her. Sie zersetzte sich innerhalb von zwei Wochen vollständig.

Die Wissenschaftler suchen nun nach einem Weg, die Sporen zu aktivieren, wenn sie etwa einer gewissen Zeit lang Wasser ausgesetzt sind. „Lebendes“ Einwegplastik, das in die Umwelt, in Flüsse und Meere gelangt, könnte sich so dann selbst zersetzen und für eine geringere Umweltbelastung sorgen.