Ein neu entwickeltes Material aus Japan könnte einen wichtigen Beitrag zur Bekämpfung von Mikroplastik leisten: Am RIKEN Center for Emergent Matter Science haben Forschende ein supramolekulares Polymer geschaffen, das sich vollständig in Salzwasser auflöst. Die Kunststoffalternative besitzt ähnliche Eigenschaften wie herkömmliche Kunststoffe – ist dabei jedoch vollständig biologisch abbaubar.
Das Material zerfällt innerhalb weniger Stunden in ungiftige Grundstoffe und könnte so helfen, die anhaltende Mikroplastikverschmutzung in Meeren und Gewässern zu reduzieren. Die Entwicklung verbindet gezielte Zersetzbarkeit mit praktischer Anwendbarkeit und eröffnet neue Wege im nachhaltigen Kunststoffdesign.
Supramolekulare Polymere mit Rückgrat – und Auflösung auf Abruf
Plastikprodukte sind aus dem Alltag kaum wegzudenken – und zugleich Quelle einer globalen Umweltbelastung. Während biologisch abbaubare Kunststoffe wie PLA in der Erde zersetzt werden können, bleiben sie im Meer oft lange stabil. Dadurch zerfallen sie langsam zu Mikroplastik, das von Organismen weder vollständig aufgenommen noch abgebaut werden kann.
Das Team um Takuzo Aida, Materialforscher am RIKEN Center und Professor an der Universität Tokio, hat diese Herausforderung mit einem neuen supramolekularen Polymer adressiert. Im Gegensatz zu herkömmlichen Polymeren mit stabilen, schwer spaltbaren Bindungen bestehen supramolekulare Materialien aus reversiblen Verbindungen – sie ähneln „Haftnotizen“, die sich wieder ablösen lassen.
Supramolekulare Polymere als Antwort auf Mikroplastik
Plastikprodukte sind aus dem Alltag kaum wegzudenken – und zugleich Quelle einer globalen Umweltbelastung. Besonders problematisch ist die Entstehung von Mikroplastik, wenn herkömmliche Kunststoffe im Meer langsam zerfallen. Biologisch abbaubare Alternativen wie PLA lösen dieses Problem nur bedingt, da sie unter marinen Bedingungen oft stabil bleiben.
Das Team um Takuzo Aida, Materialforscher am RIKEN Center und Professor an der Universität Tokio, hat mit einem supramolekularen Polymer eine gezielte Alternative geschaffen. Im Gegensatz zu konventionellen Polymeren bestehen diese Materialien aus reversiblen molekularen Bindungen, die unter bestimmten Bedingungen gelöst werden können – in diesem Fall durch Salzwasser.
Salzwasser als Schlüssel zur gezielten Zersetzung
Die Forschenden entwickelten eine spezielle Kombination aus Natriumhexametaphosphat und guanidiniumbasierten Monomeren. Diese bilden sogenannte Salzbrücken, die dem Material Festigkeit verleihen – aber gezielt durch die Ionen in Salzwasser gelöst werden können. Wird das Polymer in Meerwasser eingelegt, zerfällt es innerhalb von achteinhalb Stunden.
Die Herstellung erfolgt durch Vermengen der Komponenten in Wasser, wobei sich spontan eine viskose Phase bildet. Nach dem Trocknen entsteht eine durchsichtige, stabile Kunststofffolie. Diese lässt sich zusätzlich mit einer wasserabweisenden Beschichtung versehen – selbst beschichtete Varianten lösen sich rasch auf, sobald ihre Oberfläche beschädigt ist und Salz eindringt.
Rückstände verwertbar – Mikroplastik vermeiden
Nach dem Abbau bleiben Stickstoff- und Phosphorverbindungen zurück, die sich ökologisch nutzen lassen – etwa durch Mikroorganismen oder Pflanzen. Damit bietet das neue Material eine Möglichkeit, Mikroplastik-Einträge in aquatische Ökosysteme zu verringern und gleichzeitig Kreislaufwirtschaftskonzepte zu fördern.
Gleichzeitig mahnt Aida zur Vorsicht: Ein unkontrollierter Eintrag von Nährstoffen in Küstenregionen könnte das ökologische Gleichgewicht belasten. Daher empfiehlt sein Team, die Materialien nach Gebrauch in Anlagen mit Meerwasser zu behandeln und die Rohstoffe gezielt zurückzugewinnen.
Wandel braucht Technik und Zusammenarbeit
Neben technologischen Innovationen seien auch politische und wirtschaftliche Rahmenbedingungen entscheidend, betont Aida. Die weltweite Kunststoffproduktion könnte sich bis 2050 verdoppeln – mit entsprechendem Anstieg von Mikroplastik und Treibhausgasen. Ein grundlegender Wandel sei nur durch das Zusammenspiel von Politik, Industrie und Forschung möglich.
Das von Aidas Team entwickelte Material versteht sich als ein Beitrag in diese Richtung – eine praxistaugliche Lösung, die sich bei Bedarf im Meer auflöst und damit langfristig zur Reduktion von Mikroplastik beitragen kann.
Originalpublikation: Cheng, Y., Hirano, E., Wang, H., Kuwayama, M., Meijer, E. W. et al. Mechanically strong yet metabolizable supramolecular plastics by desalting upon phase separation. IN: Science 386, 875-881 (2024). doi: 10.1126/science.ado1782