In unserer Welt, in der die Industrialisierung mit großen Schritten voranschreitet, war die Suche nach nachhaltigen Materialien noch nie so dringend wie heute. Kunststoffe, die in unserem Alltag allgegenwärtig sind, stellen uns vor große ökologische Herausforderungen, hauptsächlich aufgrund ihres fossilen Ursprungs und ihrer problematischen Entsorgung.
Eine neue Studie des Teams um Jeremy Luterbacher von der EPFL enthüllt einen bahnbrechenden Ansatz zur Herstellung von Hochleistungskunststoffen aus erneuerbaren Ressourcen. Die in der Zeitschrift Nature Sustainability veröffentlichte Forschung stellt eine neue Methode zur Herstellung von Polyamiden vor - einer Klasse von Kunststoffen, die für ihre Festigkeit und Haltbarkeit bekannt sind und zu deren bekanntesten Vertretern Nylons gehören -, indem ein Zuckerkern verwendet wird, der aus landwirtschaftlichen Abfällen gewonnen wird.
Hier erzielen wir ähnliche Ergebnisse, verwenden aber eine in der Natur allgegenwärtige und in der Regel ungiftige Zuckerstruktur, um Steifigkeit und Leistungseigenschaften zu bringen.
Jeremy Luterbacher, EPFL
Diese Methode nutzt eine erneuerbare Ressource und führt diese Umwandlung auf effiziente Weise und mit minimalen Auswirkungen auf die Umwelt durch.
"Typische Kunststoffe fossilen Ursprungs benötigen aromatische Gruppen, um ihnen Steifigkeit und Leistungseigenschaften wie Härte, Festigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit zu verleihen", sagt Jeremy Luterbacher. "Wir erzielen hier ähnliche Ergebnisse, nutzen aber eine in der Natur allgegenwärtige und in der Regel ungiftige Zuckerstruktur, um Steifigkeit und Leistungseigenschaften zu verleihen."
Lorenz Manker, Hauptautor der Studie, und seine Kollegen entwickelten ein katalysatorfreies Verfahren zur Umwandlung von Dimethylglyoxylat-Xylose - einem stabilisierten Kohlenhydrat, das direkt aus Biomasse wie Holz oder Maiskolben hergestellt wird - in hochwertige Polyamide. Dieses Verfahren erreicht eine beeindruckende Atomausbeute von 97%. Mit anderen Worten: Fast das gesamte Ausgangsmaterial wird im Endprodukt verwendet, was die Abfallmenge erheblich reduziert.
Biobasierte Polyamide besitzen Eigenschaften, die mit denen ihrer fossilen Gegenstücke konkurrieren können, und bieten somit eine vielversprechende Alternative für verschiedene Anwendungen. Darüber hinaus zeigten die Materialien über mehrere mechanische Recyclingzyklen hinweg eine hohe Elastizität, wobei sie ihre Integrität und Leistungsfähigkeit beibehielten, was ein unverzichtbarer Faktor für das Lebenszyklusmanagement nachhaltiger Materialien ist.
Die potenziellen Anwendungen dieser innovativen Polyamide sind breit gefächert und reichen von Autoteilen bis hin zu Konsumgütern - und das alles mit einem deutlich reduzierten CO2-Fußabdruck. Laut der vom Team durchgeführten technisch-wirtschaftlichen Analyse und Lebenszyklusbewertung könnte der Preis dieser Materialien im Vergleich zu herkömmlichen Polyamiden, einschließlich Nylons (z. B. Nylon 66), wettbewerbsfähig sein, bei einer Verringerung des Treibhauspotenzials um bis zu 75 %.
Bloom Biorenewables , ein Spin-off der EPFL, intensiviert die Produktion dieser Materialien im Hinblick auf ihre Kommerzialisierung .
Andere Beitragszahler
Lorenz P. Manker, Maxime A. Hedou, Clement Broggi, Marie J. Jones, Kristoffer Kortsen, Kalaiyarasi Puvanenthiran, Yildiz Kupper, Holger Frauenrath, François Marechal, Veronique Michaud, Roger Marti, Michael P. Shaver, Jeremy S. Luterbacher. Performance polyamides built on a sustainable carbohydrate core. Nature Sustainability 13. März 2024. DOI: 10.1038/s41893’024 -01298-7.
Eine iPhone-Hülle, die mit dem nachhaltigen Material Polyamid bedruckt ist. Credit: Lorenz Manker/EPFL
