Helmholtz-Forscher machen Polystyrol nachhaltiger

Polystyrol ist einer der am weitesten verbreiteten Kunststoffe: ob als Schutz für Geräte in Verpackungen, als Joghurtbecher oder Isolierbehälter, als Petrischale, oder als Zierleisten im Bauwesen. Hergestellt wird es aus Rohöl, und es ist kaum recycelbar. Forscher aus Deutschland wollen das ändern.

Das Team um Phannaro Nhem vom Hereon-Institut für Funktionale Materialien für Nachhaltigkeit in Teltow hat ein nachhaltigeres Polystyrol entwickelt: Es enthält nachwachsende Rohstoffe, kann energieeffizient hergestellt werden, und es ist abbaubar. „Die Faktoren abbaubare Rohstoffe, Energieverbrauch und Recycling sind ein großer Fortschritt“, sagt Nhem.

Polystyrol besteht aus vielen Styrol-Molekülen, die eine stabile Kette bilden. Dadurch ist das Polymer kaum recycelbar, Produkte aus Polystyrol werden normalerweise verbrannt oder lande auf der Mülldeponie. Das Team hat deshalb eine Sollbruchstelle in das Polystyrol eingebaut: das Monomer DOT oder Dibenzo[c,e]oxepine-5(7H)-thione, das in der Polymerchemie für die Entwicklung abbaubarer Polymeren genutzt wird.

Es ermöglicht, den Kunststoff in kleinere Fragmente zu spalten. „Anders als herkömmliches Polystyrol zerfällt unsere Variante dadurch in kleine Bruchstücke“, sagt Nhem. Bakterien könnten dann die kleinen Polystyrol-Fragmente zu verarbeiten; das gehe mit fest geknüpftem Polystyrol nicht.

Zur Hälfte aus einem nachwachsenden Rohstoff

Styrol ist ein organisches Monomer, das hauptsächlich aus Erdöl-Folgeprodukten hergestellt wird. Das Hereon-Team ergänzt die Styrol-Moleküle durch Itaconsäureanhydrid, ein Monomer, das aus pflanzlichen Kohlenhydraten gewonnen wird. Das Polstyrol besteht schließlich zu rund 50 Prozent aus einem nachwachsenden Rohstoff.

Daneben wurde die Herstellung modifiziert: Normalerweise findet die Kettenpolymerisationen in einem beheizten Reaktionsgefäß statt. Das Team nutzt stattdessen Mikrowellen als Wärmequelle – was energieeffizienter sein soll. „Das ist wie in der heimischen Küche“, sagt Nhem: „Essen auf dem Herd warm zu machen, dauert lange und verbraucht viel Energie. Die Mikrowellen sind schneller.“

Das Team hat bereits die Verarbeitung getestet: In einer Laboranlage wurde Mini-Petrischalen von der Größe einer Ein-Euro-Münze hergestellt. Perspektivisch seien aber viele Anwendungen denkbar, sagen die Forscher.

An dem Projekt war dem Hereon-Institut für Funktionale Materialien für Nachhaltigkeit die Brandenburgische Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU), die Freie Universität Berlin und die Helmut-Schmidt-Universität Hamburg beteiligt. Seine Ergebnisse hat das Team in der Fachzeitschrift Chem Circularity veröffentlicht.