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Chemiker entwickeln biologische PHAs

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Sie werden als "Traum"-Kunststoffe bezeichnet: Polyhydroxyalkanoate oder PHAs. Sie sind bereits die Grundlage einer jungen Industrie und gehören zu einer Klasse von Polymeren, die auf natürliche Weise von lebenden Mikroorganismen oder synthetisch aus biologisch erneuerbaren Rohstoffen hergestellt werden. Sie sind in der Umwelt, einschliesslich der Ozeane und des Bodens, biologisch abbaubar.

Es gibt jedoch einen Grund, warum sich PHAs nicht als nachhaltige, umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen durchgesetzt haben. Kristalline PHAs sind spröde und daher nicht so haltbar und praktisch wie herkömmliche Kunststoffe. Sie lassen sich nicht so leicht schmelzen und recyceln, was ihre Herstellung teuer macht.
Polymerchemiker der Colorado State University unter der Leitung von Eugene Chen, Professor am Fachbereich Chemie, haben eine synthetische PHA-Plattform entwickelt, die jedes dieser Probleme löst und den Weg für eine Zukunft ebnet, in der sich PHAs als wirklich nachhaltige Kunststoffe auf dem Markt durchsetzen können.
Chen und seine Kollegen berichten in der Fachzeitschrift Science über eine neue Klasse umgestalteter PHAs, die durch chemische Katalyse leicht zugänglich sind.
Die Forscher hatten nach einer Strategie gesucht, um die thermische Instabilität herkömmlicher PHAs zu beheben; ihre mangelnde Hitzebeständigkeit erschwert auch die Verarbeitung in der Schmelze zu Endprodukten. Die CSU-Chemiker änderten die Struktur dieser Kunststoffe grundlegend und ersetzten reaktive Wasserstoffatome, die für den thermischen Abbau verantwortlich sind, durch robustere Methylgruppen. Durch diese strukturelle Veränderung wird die thermische Stabilität der PHAs drastisch erhöht, so dass die Kunststoffe in der Schmelze verarbeitet werden können, ohne sich zu zersetzen.
Darüber hinaus sind diese neu entwickelten PHAs mechanisch widerstandsfähig und übertreffen sogar die beiden gebräuchlichsten Standardkunststoffe: Polyethylen hoher Dichte - das in Produkten wie Milch- und Shampooflaschen verwendet wird - und isotaktisches Propylen, das zur Herstellung von Automobilteilen und synthetischen Fasern verwendet wird. Das Beste daran ist, dass das neue PHA mit einem einfachen Katalysator und Wärme chemisch in sein Grundmolekül, das so genannte Monomer, zurückverwandelt werden kann, und das zurückgewonnene saubere Monomer kann wiederverwendet werden, um das gleiche PHA erneut herzustellen - im Prinzip unendlich oft.
"Wir fügen den biologischen PHAs drei erwünschte Schlüsseleigenschaften hinzu, darunter das chemische Recycling in einem geschlossenen Kreislauf, das für die Verwirklichung einer Kreislaufwirtschaft für PHAs unerlässlich ist", so Chen.

Literatur
Li Zhou et al.; Chemically circular, mechanically tough, and melt-processable polyhydroxyalkanoates; Science; 2023

Bezugsquellenverzeichnis