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Biopolymere : Plastik frisch vom Acker

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Bild: MediaD, Königswinter

Kunststoffe oder Naturstoffe? Diese Alternative stellt sich heute nicht mehr so: Für Biopolymere wird das natürliche Angebot an gut verarbeitbaren langkettigen Verbindungen genutzt oder man spannt Bakterien als Kunststoffproduzenten ein.

          5 Min.

          Februar 2109, das Erdöl-Zeitalter liegt lange zurück. Trotzdem sind die Wohnungen mollig warm, rollen Autos durch die Straßen und ziehen Flugzeuge ihre Warteschleifen. Dank neuer Technologien lebt es sich fast so komfortabel und mobil wie ein Jahrhundert zuvor - wäre da nicht jeden Morgen diese Holzzahnbürste mit den Wildschweinborsten oder der metallene Föhn, an dem man sich dauernd die Finger verbrennt. Etwas fehlt; es gibt kein Plastik mehr.

          Petrochemisch erzeugte Kunststoffe würden wir nicht nur im Haushalt vermissen. Ein Drittel des in Deutschland produzierten Plastiks wird zu Verpackungen verarbeitet, ein Viertel zu Baumaterialien und gut 15 Prozent in Autos oder Elektrogeräten. Ohne Erdöl könnte das alles bald Geschichte werden.

          Natürliche Polymere

          Also zurück zu Leinenbeuteln und Tonkrügen? Nicht unbedingt, denn Polymere, langkettige Verbindungen mit der Eigenschaft, sich plastisch formen zu lassen, bringt auch die Natur hervor. Durch geschickte Manipulation lassen sich daraus auch ganz ohne Erdöl Werkstoffe gewinnen, die in dem Sinne künstlich sind, dass sich ihre Eigenschaften gezielt verändern lassen. So ist etwa die Cellulose ein natürliches Polymer. Die Wände jeder Pflanzenzelle bestehen daraus und machen sie zur häufigsten organischen Verbindung der Erde.

          Großansicht zeigt Animation im Zeitraffer
          Großansicht zeigt Animation im Zeitraffer : Plastik frisch vom Acker Bild: NatureWorks LLC

          Für Papier wird Cellulose schon lange genutzt, und ihre chemische Abwandlung zu Cellulosehydrat bescherte der Menschheit mit Cellophan einen der ersten Biokunststoffe. Heute genutzte Bioplastiksorten sind dagegen überwiegend Produkte aus Stärke. Diese ist preiswert und überall zu haben, ob in Form von Mais, Kartoffeln oder Getreide. Stärke ist allerdings feuchtigkeitsempfindlich. Erst im Gemisch mit wasserabweisenden Substanzen entstehen wasserfeste Stärke-Kunststoffe für Joghurtbecher, Pflanztöpfe oder Babywindeln.

          Bakterien als Kunststoff-Fabriken

          Doch die Molekülbausteine, die Stärkepolymere aufbauen, lassen sich auch auf andere Art zur Basis von Biokunststoffen machen. Denn bei diesen Bausteinen handelt es sich um Zucker, und den mögen auch Bakterien. Eine Gruppe unter ihnen verwandelt Zucker in Milchsäure - ein Prozess, den Menschen seit Jahrhunderten zur Erzeugung haltbarer Lebensmittel wie Sauerkraut oder Joghurt einsetzen. Die moderne Chemie macht es möglich, aus diesem Baustein Polymilchsäure herzustellen. Das Produkt besitzt ähnliche Eigenschaften wie die petrochemischen Kunststoffe Polyethylenterephthalat (besser bekannt als PET) oder Polypropylen. Es kann daher auf vorhandenen Maschinen zu Folien oder Flaschen verarbeitet werden.

          Bakterien lassen sich aber auch direkt zu Kunststoff-Fabriken umfunktionieren. Normalerweise nutzen die Einzeller alle Nährstoffe, die sie ergattern, direkt für Wachstum oder Vermehrung. Klappt das nicht, weil ihnen ein essentielles Element fehlt, nehmen sie trotzdem so viel Nahrung wie möglich auf - als Reserve. Und wie wir Menschen Fett und nicht Zucker ansetzen, speichern die Bakterien den Überschuss in Form kleiner Granula aus Polyhydroxyalkanoaten (PHA).

          Deren Gewinnung ist aufwendiger als die anderer Biokunststoffe. Dafür ist es echtes Designer-Plastik: Je nachdem welches Substrat den Bakterien serviert wird, erhält es verschiedene Eigenschaften: steif oder elastisch, luftdicht oder -durchlässig. "Eine richtige Massenproduktion könnte mit PHA in Switchgrass (Panicum virgatum) funktionieren", sagt Oliver Peoples von der Firma Metabolix in Cambridge, Massachusetts. Allerdings bilden Pflanzen, anders als viele Bakterien, von Natur aus kein PHA, weshalb das Switchgrass bei Metabolix gentechnisch verändert wurde. Das manipulierte Gewächs besteht zu drei bis vier Prozent des Trockengewichts aus Plastik. Weitere Forschung soll den Anteil steigern.

          Biobasiert und/oder biologisch abbaubar

          Dass Gentechnik Bio-Produkte erzeugt, dürfte manche Zeitgenossen irritieren. Im Kunststoffsegment steht das Präfix mit dem naturnahen Image für zwei verschiedene Eigenschaften: biobasiert und biologisch abbaubar. Biobasiert sind Produkte, die aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt wurden. Biologisch abbaubar hingegen ist Plastik, das sich unter definierten Bedingungen zu Kohlendioxid und Wasser zersetzt. Und es gibt durchaus Kunststoffe, die biobasiert, aber nicht biologisch abbaubar sind. Aus Rizinusöl zum Beispiel kann man wie aus Erdöl das biologisch unverrottbare Polyethylen herstellen. Umgekehrt hat der Konzern BASF einen Kunststoff entwickelt, der aus Erdöl gewonnen wird und den Bakterien trotzdem zersetzen können.

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