Ein neuer Ansatz für die Kunststoffproduktion, inspiriert durch den natürlichen Abbau von DNA und Proteinen, könnte die Lebensdauer synthetischer Polymere revolutionieren, so eine Studie der Rutgers University. Das Wissenschaftlerteam unter der Leitung des Chemikers Yuwei Gu entwickelte Kunststoffe, die während des Gebrauchs haltbar bleiben, aber nach ihrem Verwendungszweck auf natürliche Weise abgebaut werden können.

Der Durchbruch, der in einer aktuellen Studie detailliert beschrieben wird, ermöglicht eine präzise Steuerung der Abbaurate, die von Tagen bis zu Jahren reicht, und kann durch Licht oder einfache chemische Signale ausgelöst werden. Gu's Inspiration kam ihm beim Wandern im Bear Mountain State Park, wo er den krassen Gegensatz zwischen persistentem Plastikmüll und der natürlichen Zersetzung organischer Materialien beobachtete. Diese Beobachtung veranlasste ihn, die strukturellen Merkmale natürlicher Polymere in synthetischen Kunststoffen nachzubilden.

"Der Schlüssel liegt in der Einbindung spezifischer chemischer Bindungen, die unter bestimmten Bedingungen anfällig für den Abbau sind", erklärte Gu. "Durch die sorgfältige Gestaltung dieser Bindungen können wir steuern, wann und wie der Kunststoff abgebaut wird." Diese Kontrolle wird durch die Einbettung spezifischer "Trigger"-Moleküle in die Kunststoffstruktur erreicht. Diese Moleküle lösen, wenn sie einem bestimmten Stimulus ausgesetzt werden, eine Kaskade von Reaktionen aus, die die Polymerketten aufbrechen.

Die Auswirkungen dieser Technologie sind weitreichend und könnten verschiedene Sektoren von der Lebensmittelverpackung bis zur Medikamentenverabreichung beeinflussen. Aktuelle Kunststoffe, die auf Langlebigkeit ausgelegt sind, tragen aufgrund ihrer Widerstandsfähigkeit gegen den natürlichen Abbau erheblich zur Umweltverschmutzung bei. Dieser neue Ansatz bietet eine Lösung, indem er Kunststoffe schafft, die bei Bedarf haltbar sind, aber so programmiert werden können, dass sie sich sicher und effizient zersetzen.

Die Entwicklung geht auch auf Bedenken hinsichtlich der Mikroplastikverschmutzung ein. Wenn herkömmliche Kunststoffe zerfallen, fragmentieren sie oft in winzige Partikel, die in der Umwelt verbleiben und in die Nahrungskette gelangen können. Die neue Technologie zielt darauf ab, dies zu mildern, indem sie sicherstellt, dass sich der Kunststoff in harmlose Nebenprodukte zersetzt.

Das Konzept des "programmierbaren Abbaus" ist nicht ganz neu, aber der Ansatz des Rutgers-Teams bietet einen bedeutenden Fortschritt in Bezug auf Kontrolle und Vielseitigkeit. Frühere Versuche beruhten oft auf extremen Bedingungen wie hohen Temperaturen oder aggressiven Chemikalien, um den Abbau einzuleiten. Diese neue Methode ermöglicht sanftere und umweltfreundlichere Auslöser.

Die nächsten Schritte umfassen die Hochskalierung des Produktionsprozesses und die Erprobung der Kunststoffe in realen Anwendungen. Die Forscher untersuchen auch den Einsatz von KI und maschinellem Lernen, um das Design dieser abbaubaren Kunststoffe zu optimieren. Durch das Trainieren von KI-Modellen mit riesigen Datensätzen chemischer Strukturen und Abbauwege hoffen sie, die Entdeckung neuer und verbesserter Materialien zu beschleunigen.

"Wir glauben, dass KI eine entscheidende Rolle bei der Identifizierung der optimalen Kombinationen von Monomeren und Triggern für spezifische Anwendungen spielen kann", sagte ein Mitglied des Forschungsteams. "Dies wird es uns ermöglichen, die Abbaueigenschaften des Kunststoffs so anzupassen, dass sie den besonderen Anforderungen verschiedener Branchen entsprechen."

Die Forschung hat sowohl in akademischen als auch in industriellen Kreisen Aufmerksamkeit erregt, wobei potenzielle Kooperationen am Horizont stehen. Das Team hofft, dass diese Technologie den Weg für eine nachhaltigere Zukunft ebnen wird, in der Kunststoffe keine dauerhafte Umweltbelastung mehr darstellen.