Dieser Biofilm könnte erdölbasierten Kunststoff in Verpackungen ersetzen

Er besitzt bessere Eigenschaften als erdölbasierter Kunststoff und ist zugleich vollständig biologisch abbaubar: Kann dieses Material helfen, unsere Abhängigkeit von umweltschädlichen Verpackungen zu überwinden?

Laut CVP Packaging „werden jährlich 460 Millionen Tonnen Kunststoffabfälle erzeugt“, von denen ein erheblicher Anteil für Verpackungen verwendet wird. Diese weitverbreitete Verschmutzung gelangt letztlich in sämtliche Ökosysteme und Nahrungsketten – und in Form von Nanoplastik sogar in unseren eigenen Körper und unser Gehirn.

Der „Wunderwerkstoff“ der 1950er-Jahre hat sich in nicht einmal einem Jahrhundert zu einer ökologischen Last entwickelt, von der wir uns kaum lösen können. Zwar wird intensiv an Ersatzstoffen gearbeitet, doch bislang konnte keiner die Industrie dazu bewegen, vollständig auf erdölbasierten Kunststoff zu verzichten. Neue Hoffnung weckt nun eine in ACS Applied Polymer Materials veröffentlichte Studie eines Teams des Georgia Tech: Sie stellt einen Biofilm vor, der ausschliesslich aus natürlichen Bestandteilen besteht und leistungsfähiger als einige der am häufigsten verwendeten Kunststoffe sein soll.

Ein Biomolekülfilm mit besonderen Eigenschaften

Biokunststoffe sind keineswegs neu, erreichen jedoch häufig nicht zwei zentrale Eigenschaften konventioneller Kunststoffe: den wirksamen Schutz vor Luftfeuchtigkeit und Sauerstoff. Gerade für die Haltbarkeit von Lebensmitteln, Medikamenten, pharmazeutischen Erzeugnissen oder elektronischen Produkten sind diese beiden Faktoren entscheidend.

Um dieses Problem zu lösen, will das Forschungsteam des Georgia Tech die passende Verbindung aus drei sich ergänzenden natürlichen Bestandteilen gefunden haben. Zellulose – das weltweit am häufigsten vorkommende organische Molekül und ein Hauptbestandteil von Holz sowie Pflanzen – bildet das starre Grundgerüst des Films. Ergänzt wird sie durch Chitosan, ein Polysaccharid aus Pilzen und Krustentierabfällen, das verhindert, dass das Material durch Feuchtigkeit aufquillt. Als Bindeglied zwischen beiden Polymeren dient Zitronensäure: Sie fungiert als Vernetzungsmittel und schafft zusätzliche Verbindungen zwischen Zellulose und Chitosan.

Der Biofilm des Georgia Tech unter hoher Luftfeuchtigkeit

Nach dem Erhitzen im Ofen entsteht aus dieser Mischung der fertige Film. Sein dichtes, gleichmässiges Netzwerk lässt weder Feuchtigkeit noch Sauerstoff hindurch. Hauptautor Yang Lu erklärt, dass das Material „unter heissen und feuchten Bedingungen, die tropisches Klima simulieren“, getestet wurde – bei 80 % Luftfeuchtigkeit, einem Wert, bei dem die meisten Biokunststoffe normalerweise versagen. Dennoch behielt der Biofilm seine Undurchlässigkeit.

Seine Schutzfunktion blieb dabei vollständig erhalten und kann mit PET (Polyethylenterephthalat) sowie EVOH (Ethylen-Vinylalkohol) konkurrieren. Beide Kunststoffe werden häufig eingesetzt, um Lebensmittel vor Luftkontakt zu schützen.

Patent, Finanzierung und Hürden für die industrielle Nutzung

Das Patent wurde bereits angemeldet. Finanziert wird das Vorhaben derzeit von drei grossen Einrichtungen: Mars Inc., einem bedeutenden Unternehmen der Lebensmittelbranche, dem Renewable Bioproducts Institute – einem auf biobasierte Materialien spezialisierten Forschungszentrum des Georgia Tech – sowie dem US-Verteidigungsministerium, das das Projekt ebenfalls unterstützt.

Heisst das aber automatisch, dass dieser Biofilm in der gesamten Industrie Anklang finden wird? Diese Frage lässt sich derzeit nicht beantworten, auch wenn der Zeitpunkt günstig ist: Europäische und amerikanische Vorschriften erhöhen den Druck auf nicht recycelbare Kunststoffe. Trotz dieses vorteilhaften Umfelds muss das Material zahlreiche Zertifizierungen durchlaufen, bevor es in grossem Umfang hergestellt und eingesetzt werden kann – ein Verfahren, das sich leider über viele Jahre hinziehen kann.

Die Petrochemie verfügt gegenüber der Innovation des Georgia Tech weiterhin über einen deutlichen Vorsprung: Ihre Materialien sind sehr günstig und werden in enormen Mengen produziert. Wissenschaftlicher Erfolg garantiert nicht zwangsläufig kommerziellen Erfolg; gerade bei der Industrialisierung sind viele vergleichbare Projekte bereits gescheitert. Hoffentlich trifft das diesmal nicht zu.