Kann man Plastik ersetzen? Die pflanzlichen Alternativen sind vielversprechend, aber keine davon wird wirksam sein, wenn wir nicht gleichzeitig unsere Produktionsmethoden überdenken und einen nachhaltigen Übergang und die damit verbundenen Kosten unterstützen.
Einwegtüten, Flaschen, Verpackungen, Kleidung... Ein Grossteil unserer Alltagsgegenstände besteht aus Kunststoff. Seine Vorteile sind vielfältig: Er ist leicht, stabil und kostengünstig in der Herstellung. Der grösste Nachteil von Kunststoff ist jedoch, dass er nicht nachhaltig ist. Es sammelt sich in der Umwelt an, wird fragmentiert, kann ungeniessbar werden, ist für Lebewesen giftig und trägt zur globalen Erwärmung bei. Kann man es also ersetzen? Ja, aber nicht überall und nicht auf jede Art und Weise.
An der EPFL arbeiten mehrere Forscher und Forscherinnen an der Entwicklung vielversprechender Alternativen. Jeremy Luterbacher und sein Team vom Laboratorium für nachhaltige und katalytische Prozesse (LPDC) stellen neue biologisch abbaubare Moleküle her. Einige davon gibt es bereits, wie Polymilchsäure oder PLA, die in Lebensmittelbeuteln oder 3D-Drucken vorkommt. das sind nützliche Moleküle, aber sie eignen sich nicht für Anwendungen, bei denen hohe Leistungen erforderlich sind", kommentiert der Professor. Nun ist es zwar chemisch möglich, mit biologischen Molekülen leistungsfähigere Materialien zu erhalten, aber das erfordert äusserst komplizierte Prozesse, die enorm viele Schritte und Energie erfordern."
Strukturen, mit denen die Natur umgehen kann
Das Team des LPDC hat einen Weg gefunden, diese Klippe zu umschiffen. Es gelang ihr, durch die Entwicklung eines Verfahrens, das die natürlichen Strukturen des Holzes aufrechterhält, Biopolymere herzustellen und festere Kunststoffe zu produzieren. "Der Vorteil unseres Ansatzes ist die Einfachheit", beschreibt Jeremy Luterbacher. Buchstäblich kochen wir Holzfasern mit einem anderen Molekül, und in einem einzigen Schritt entsteht unser Grundprodukt. Das ist aber nicht der einzige Vorteil: Indem wir von Strukturen ausgehen, mit denen die Natur bereits umgehen kann, eliminieren wir auch Toxizitätsprobleme und verbessern die biologische Abbaubarkeit."
Die Entdeckung dieses innovativen Verfahrens führte zur Gründung des Start-up-Unternehmens Bloom, das vor kurzem drei Tonnen Rohmaterial herstellen konnte und damit zu den fortschrittlichsten Unternehmen auf diesem Gebiet zählt. Das junge Unternehmen arbeitet an Prototypen für Verpackungen, Klebstoffe und Zusatzstoffe.
Mithilfe dieser Technik hat das Labor auch einen Ersatz für Bisphenol A entwickelt, ein aus Erdöl gewonnenes Molekül, das verwendet wird, um Gegenstände steifer und durchsichtiger zu machen, und das als endokriner Disruptor identifiziert wurde.
Indem wir von Strukturen ausgehen, mit denen die Natur bereits umgehen kann, eliminieren wir auch Toxizitätsprobleme und verbessern die biologische Abbaubarkeit.
Jeremy Luterbacher, Leiter des Labors für nachhaltige und katalytische Prozesse
"Ein aussergewöhnliches Material"
Im Labor für nachhaltige Materialien (SML) arbeitet Tiffany Abitbol auch an Biopolymeren. Sie versucht nicht, diese chemisch herzustellen, sondern untersucht natürlich vorkommende, lässt sie mit anderen Materialien interagieren und sucht nach potenziellen Funktionen. Sie interessiert sich für drei Hauptkategorien von Polymeren: Zellulose, proteinbasierte Materialien und Pilze und ihr Wurzelgeflecht, das Mycelium.
das Mycelium ist ein aussergewöhnliches Material", beschreibt die Expertin. Es benötigt wenig Energie bei der Herstellung, lässt sich leicht kompostieren und hat die Besonderheit, dass es in seinem Netzwerk die Partikel miteinander verbindet. Es ist eine Art Universalkleber" Das Mycelium wird vor allem zur Herstellung von Schaumstoffen und Platten verwendet und lässt sich durch die Kombination mit Holzresten oder verschiedenen Arten von Pflanzenabfällen zu verschiedenen Objekten verarbeiten.
Jede der untersuchten Alternativen könnte einige der derzeitigen Verwendungszwecke von Kunststoffen ersetzen. die Professorin erklärt: "Das beginnt bei allen Einwegartikeln, wie Verpackungen, Textilien oder Beschichtungen von Pappbehältern, in denen Lebensmittel oder Medikamente aufbewahrt werden. In der industriellen Produktion sind das riesige Mengen an Plastik. Diese Art der Verwendung zu überdenken hat daher eine sehr grosse Wirkung, bevor man dann die Palette erweitert, um andere Arten von Kunststoffen zu ersetzen."
Nicht mit der Landwirtschaft konkurrieren
Die beiden Wissenschaftler sind sich jedoch einig, dass die Entwicklung von Alternativen zwar ermutigend ist, dass es aber noch viele Hindernisse für ihre Verbreitung und Vermarktung gibt, vom Rohstoff bis zum Ende des Lebenszyklus.
Es gibt verschiedene Arten von Biomasse, die für die Herstellung von Pflanzenkunststoffen verwendet werden können (z. B. Ernterückstände, Konsumabfälle oder die Verwertung von Lebensmittelabfällen), aber nicht alle sind machbar oder interessant. jeremy Luterbacher erklärt: "Pflanzenabfälle bieten derzeit weder die Menge noch die Einheitlichkeit, die für eine Produktion in grossem Massstab erforderlich ist. Man müsste also zu dem speziellen Zweck anbauen, um den benötigten Rohstoff zu produzieren, und somit fruchtbares Land nutzen, was mit der landwirtschaftlichen Produktion und der Nahrungsmittelproduktion konkurriert. Das gilt es zu vermeiden" Aus diesem Grund wandte sich der Chemiker dem Holz zu. Es ist leicht zu beschaffen, stammt aus nachhaltig bewirtschafteten Wäldern und konkurriert nicht mit der Landwirtschaft.
Wir befinden uns in einer Plastikgesellschaft, und die gesamte Industrie ist darauf ausgerichtet.
Tiffany Abitbol, Leiterin des Labors für nachhaltige Materialien
Die Produktionsinfrastruktur überdenken
Ein weiterer, nicht zu unterschätzender Fallstrick ist wirtschaftlicher und struktureller Art. Der derzeitige industrielle Prozess vom ersten Molekül bis zum Endprodukt ist langwierig, durchläuft zahlreiche Stufen und ist sehr energieintensiv. Veränderungen in diesem komplexen, eingespielten und stark formatierten System einzuführen, erweist sich als äusserst kompliziert.
wir befinden uns in einer Plastikgesellschaft, und die gesamte Industrie ist darauf ausgelegt", erinnert Tiffany Abitbol. Wenn Unternehmen etwas anders machen wollen, werden sie schnell mit den Kosten und Einschränkungen konfrontiert, die das mit sich bringt. Das ist wirklich eine riesige Herausforderung"
"Industrieunternehmen, die auf biobasierte Materialien umsteigen wollten, haben aus Gewohnheit versucht, herkömmliche Moleküle aus Erdöl durch dieselben Moleküle zu ersetzen, die aber aus Pflanzen gewonnen wurden, und dabei die gleichen Prozesse beizubehalten", beschreibt Jeremy Luterbacher. Das erwies sich jedoch schnell als teuer und kompliziert. Es ist eine ganze Philosophie, die es zu überdenken gilt" Nicht zu vergessen, fügt er hinzu, sind die Schwierigkeiten, die mit der Einführung eines neuen Produkts auf dem Markt einhergehen. "Die Anlaufkosten sind gross und machen es unmöglich, sofort mit traditionellen Industrien, die manchmal seit hundert Jahren etabliert sind, zu konkurrieren."
Das Tempo eines Apfels
Tiffany Abitbol schätzt, dass die in ihrem Labor entwickelten Materialien im Durchschnitt mit der Geschwindigkeit eines Apfels zerfallen, also etwa eine Million Mal schneller als herkömmliche, aus Erdöl gewonnene Kunststoffe, die mehrere hundert Jahre brauchen, um zu zerfallen. Der Weg ist also der richtige. Allerdings, so betont sie, ist es nicht einfach, die genaue Abbaubarkeit eines neuen Materials abzuschätzen. "Der Abbau dieser Materialien hängt davon ab, wofür sie verwendet werden, wie die Umgebung beschaffen ist, in der sie gelagert werden, welche Mikroorganismen vorhanden sind ..." Jeremy Luterbacher meint: "Zu verstehen, wie sich diese neuen Moleküle im Laufe der Zeit entwickeln, wie sie sich ablösen, wohin sie gehen und welche chemischen Reaktionen sie beim Kontakt mit Erde, Wasser oder anderen Materialien auslösen, erfordert eine Vielzahl von Studien und Zeit."
ReferenzenDieser Artikel wurde in der Dezember-Ausgabe 2025 des Magazins Dimensions veröffentlicht, das mit ausführlichen Dossiers, Interviews, Porträts und Nachrichten die Spitzenleistungen der EPFL hervorhebt. Das Magazin wird auf dem Campus der EPFL kostenlos verteilt.
