Polymilchsäure und Polyhydroxyalkanoate Pellets

Globale Plastikverschmutzung und der Bedarf an nachhaltigen Alternativen

Plastikmüll füllt Mülldeponien und verschmutzt weltweit die Meere. In den meisten Ländern sind weggeworfene Kunststoffe ein zunehmendes Problem, da sie die Tierwelt und natürliche Lebensräume schädigen.

Recycling ist zwar teilweise hilfreich, aber keine vollständige Lösung des Problems. In den meisten Ländern verlieren Kunststoffe, die recycelt werden, schon nach wenigen Zyklen ihre Qualität. Der weit verbreitete Einsatz fossiler Brennstoffe in der Kunststoffproduktion erfordert heute umweltfreundliche Alternativen. Biologisch abbaubare Alternativen stellen eine vielversprechende Lösung dar. Kunststoffe, die sich auf natürliche Weise abbauen, könnten die Belastung für unser Ökosystem verringern und zu saubereren Ökosystemen führen.

Biologisch abbaubare Kunststoffe: Polymilchsäure und Polyhydroxyalkanoate

Polymilchsäure und Polyhydroxyalkanoate sind zwei der beliebtesten biologisch abbaubaren Kunststoffe. Sie werden beide durch unterschiedliche natürliche Prozesse hergestellt. Polymilchsäure wird aus erneuerbaren Ressourcen wie Mais und Zuckerrohr hergestellt. Polyhydroxyalkanoate werden durch mikrobielle Fermentation hergestellt. Beide Materialien werden abgebaut, ohne schädliche Rückstände zu hinterlassen. Ihre chemische Struktur ermöglicht es nützlichen Organismen oder der natürlichen Umwelt, sie in einfachere Formen aufzuspalten. Die meisten Forscher und Ingenieure halten diese Kunststoffe für einen geeigneten Ersatz für herkömmliche Kunststoffe.

Warum Polymilchsäure und Polyhydroxyalkanoate als umweltverträglich gelten

Polymilchsäure wird durch industrielle Kompostierung abgebaut. Sie benötigt Wärme und Wasser, um in Kohlendioxid und Wasser zerfallen zu können. Polyhydroxyalkanoate zeichnen sich dadurch aus, dass die meisten Formen auf natürliche Weise in Boden und Wasser abgebaut werden. Sie tun dies mit Hilfe gewöhnlicher Bakterien.

Beide Kunststoffe haben einen geringeren Kohlenstoff-Fußabdruck als herkömmliche Kunststoffe, die aus Erdöl hergestellt werden. Sie verwenden nachwachsende Rohstoffe für ihre Produktionsprozesse. Das bedeutet einen geringeren Verbrauch an fossilen Brennstoffen.

Viele Tests haben auch gezeigt, dass diese Materialien weniger giftige Chemikalien freisetzen, sobald sie abgebaut sind. Sie hinterlassen keine giftigen Chemikalien, die die örtliche Flora und Fauna schädigen können. Die Tatsache, dass die Natur mit diesen Kunststoffen so einfach umgehen kann, gibt uns einen Hoffnungsschimmer für eine saubere und abfallfreie Zukunft.

Was passiert, wenn diese Pellets mit Boden, Wasser oder Mikroben in Berührung kommen?

Polymilchsäure- und Polyhydroxyalkanoat-Pellets zersetzen sich, wenn sie mit Wasser, Erde oder Mikroben in Berührung kommen. Polymilchsäure wird langsam zu Milchsäure abgebaut, wenn sie mit Wasser und der richtigen Temperatur in Berührung kommt. Bei Polyhydroxyalkanoaten spielen natürlich vorkommende Bakterien eine wichtige Rolle. Die Bakterien scheiden Enzyme aus, die die langen Polymerketten in kürzere aufspalten. Diese werden weiter zu Wasser und Kohlendioxid abgebaut. Der Prozess ahmt den natürlichen Abbau nach, wie der von Pflanzenmaterial. Die Abbaugeschwindigkeit dieser Pellets ist von den Umweltbedingungen abhängig. Temperatur, Feuchtigkeit und mikrobielle Populationen beeinflussen die Abbaurate. Unter idealen Bedingungen werden einige Polyhydroxyalkanoate in Wochen bis Monaten vollständig abgebaut. In kühleren oder trockeneren Gebieten verläuft der Prozess jedoch langsamer.

Vergleich von Polymilchsäure und Polyhydroxyalkanoaten

Polymilchsäure und Polyhydroxyalkanoate haben viele positive Eigenschaften gemeinsam. Sie weisen aber auch einige wichtige Unterschiede auf. Polymilchsäure benötigt mehr Wärme, um sich richtig abzubauen. Sie funktioniert am besten unter kontrollierten Wärme- und Feuchtigkeitsbedingungen, wie z. B. in industriellen Kompostieranlagen. Polyhydroxyalkanoate werden eher natürlich abgebaut. Sie funktionieren gut unter verschiedenen Bedingungen, z. B. in der natürlichen Umgebung von Böden und Gewässern. Auch die mechanischen Eigenschaften variieren. Polymilchsäure ist im Allgemeinen fester und steifer. Daher eignet sie sich für Gegenstände wie Besteck und Verpackungen. Polyhydroxyalkanoate sind flexibler. Sie werden in der Regel für medizinische Geräte und Folien verwendet. Auch die Produktionskosten und die Verfahren unterscheiden sich. Polymilchsäure wird inzwischen in großem Maßstab hergestellt. Polyhydroxyalkanoate sind immer noch spezieller und manchmal teurer in der Herstellung.

Anwendungen und Auswirkungen

Diese biologisch abbaubaren Pellets finden in verschiedenen Bereichen Anwendung. In der Lebensmittelindustrie wird Polymilchsäure für Einwegbesteck, Becher und Behälter verwendet. Die Verpackungsindustrie macht sich ihre Festigkeit und Klarheit zunutze. Polyhydroxyalkanoate sind in der medizinischen Industrie gut angesehen. Sie werden zu Medikamentenverabreichungssystemen, Nahtmaterial und Wundverbänden verarbeitet. Einige Hersteller verwenden sie zur Herstellung von Agrarfolien. Ihre Vorteile für die Umwelt verringern die Verschmutzung des Bodens, wenn sie verwendet werden. Städte und Gemeinden haben mit diesen Materialien weniger Probleme bei der Abfallentsorgung. Generell tragen Produkte aus diesen Polymeren in den meisten Fällen zu einer geringeren Umweltbelastung bei. Tests in der Praxis haben gezeigt, dass der Ersatz von Kunststoffen aus fossilen Brennstoffen durch diese biologisch abbaubaren Kunststoffe die Treibhausgasemissionen senkt. Da immer mehr Unternehmen auf umweltfreundliche Produkte umsteigen, stehen diese biologisch abbaubaren Kunststoffe an vorderster Front bei der Förderung einer umweltfreundlicheren Wirtschaft.

Idee für ein MINT-Experiment

Ein einfaches Experiment veranschaulicht den Abbauprozess. Besorgen Sie eine kleine Menge Polymilchsäure-Pellets und die gleiche Menge Polyhydroxyalkanoat-Pellets. Geben Sie beide in Gläser mit feuchter Erde. Halten Sie die Gläser bei einer warmen, konstanten Temperatur. Achten Sie auf Veränderungen der Materialkonsistenz über mehrere Wochen. Achten Sie auf Form-, Farb- und Gewichtsveränderungen. Anzeichen wie das Auftreten von Bruchstücken oder Erweichung können beobachtet werden. Ein Schnelltest mit einem einfachen pH-Testkit zeigt ebenfalls Veränderungen an, wenn sich organische Säuren bilden.

Das Experiment bietet eine praktische Möglichkeit, die Zersetzung von Materialien zu beobachten und ermöglicht es den Schülern, natürliche Prozesse zu beobachten. Es eignet sich gut für Schulprojekte oder eine wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft und stärkt die wichtigsten Konzepte der Umweltwissenschaften und der Werkstofftechnik.

Schlussfolgerung

Biologisch abbaubare Kunststoffe sind eine vielversprechende Alternative in einer Welt, die mit herkömmlichen Kunststoffabfällen überschwemmt ist. Polymilchsäure und Polyhydroxyalkanoate sind zwei solche Vorteile in der Praxis. Beide werden aus erneuerbaren Rohstoffen hergestellt und können unter den richtigen Bedingungen natürlich abgebaut werden. Beide verringern den Verbrauch an fossilen Brennstoffen und die Belastung unseres Planeten. Weitere Informationen und MINT-Experimente finden Sie unter Stanford Advanced Materials (SAM).

Häufig gestellte Fragen

F: Was wird zur Herstellung von Polymilchsäurepellets verwendet?

F: Sie werden aus erneuerbaren pflanzlichen Ressourcen wie Mais und Zuckerrohr hergestellt.

F: Wie werden Polyhydroxyalkanoate in der Umwelt abgebaut?

F: Natürliche Bakterien scheiden Enzyme aus, die das Polymer zu Kohlendioxid und Wasser abbauen.

F: Was sind die Vorteile dieser biologisch abbaubaren Kunststoffe?

F: Sie reduzieren den Verbrauch fossiler Brennstoffe, die Treibhausgasemissionen und die Umweltverschmutzung.