Mit Polyphosphat gegen die Plastikberge

335 Mil­lio­nen Ton­nen Kun­st­stoff wur­den 2016 laut Plas­tics Europe auf der Erde pro­duziert – Ten­denz steigend. Rund 40 Prozent davon sind Ver­pack­ungs­ma­te­ri­alien. „Solche Kun­st­stoffe sind prädes­tiniert dafür, sie in der Umwelt zu vergessen oder auf den Welt­meeren durch die Schiff­fahrt auszubrin­gen“, sagt Max-Fabi­an Vol­hard der FH Mün­ster. Die Bilder von riesi­gen Müllinseln und Müll­ber­gen mit­ten im Ozean sprechen für sich. Aber der Dok­torand am Fach­bere­ich Chemiein­ge­nieur­we­sen und sein betreuen­der Pro­fes­sor Dr. Thomas Jüs­tel haben eine Idee: Sie wollen Kun­st­stoffe so verän­dern, dass sie für ihren Ein­satz – zum Beispiel als Flasche – sta­bil sind, sich aber im Meer von alleine zer­set­zen. „Nor­maler­weise dauert es Jahrzehnte bis Jahrhun­derte, bis das Plas­tik voll­ständig abge­baut ist“, sagt Volhard.

Ein ungiftiger Zusatz im Kun­st­stoff soll das jet­zt aber deut­lich beschle­u­ni­gen. „Genauer gesagt wollen wir einen Katalysator hinzufü­gen, der auf Son­nen­licht reagiert“, erk­lärt Vol­hard. „Denn der Katalysator Titan­diox­id ist spezial­isiert darauf, Radikale zu bilden, die den Kun­st­stoff zer­set­zen beziehungsweise min­er­al­isieren kön­nen.“ Was zum Schluss vom Plas­tik übrig bleibt: Wass­er und Kohlen­stoff­diox­id. Es gibt aber ein kleines Prob­lem. Der Katalysator fängt sofort an, die Radikale zu bilden, wenn die Sonne scheint – egal, ob die Flasche ger­ade im Meer schwimmt oder noch im Einkauf­swa­gen ste­ht. „Deshalb wollen wir ihn opti­mieren, und das ist unsere Kernidee: Wir wollen den Katalysator beschicht­en, damit die Radikale nicht nach außen drin­gen kön­nen und den Kun­st­stoff nicht zu früh mineralisieren.“

Dabei set­zen Vol­hard und Jüs­tel auf eine Polyphos­phat-Beschich­tung. Sie reagiert sehr sen­si­tiv auf Salze. Der Gedanke: Im Kon­takt mit Leitungs- oder Min­er­al­wass­er passiert nichts. Aber im salzi­gen Meer­wass­er löst sich das Polyphos­phat auf und gibt somit die Radikale frei, die den treiben­den Plas­tik­müll zer­set­zen. Die Idee hat Jüs­tel aus der Bio­chemie adap­tiert, das Patent haben die bei­den Wis­senschaftler bere­its angemeldet.

„Jet­zt ist es meine Auf­gabe zu über­prüfen, ob das Konzept wirk­lich funk­tion­iert“, erk­lärt Vol­hard. Bish­er hat er den Abbau von Kun­st­stof­fen im Labor unter­sucht, die im Leitungswass­er und im Meer­wass­er gelöst sind. Genau mit der Idee: per Polyphos­phat-Katalysator und Son­nen­licht – imi­tiert durch einen UV-LED-Pho­tore­ak­tor. Das hat funk­tion­iert, die ersten Ver­suche stim­men ihn zuver­sichtlich. „Aber die Kun­st­stoffe liegen im Meer ja nicht gelöst vor. Deshalb muss ich jet­zt noch näher an die Real­ität und an die Ver­pack­ungs­ma­te­ri­alien kommen.“

Darum ver­ar­beit­et Vol­hard ger­ade Kun­st­stoffe und Katalysatoren in der Knetkam­mer des Labors für Kun­st­stofftech­nolo­gie von Prof. Dr. Rein­hard Lorenz und wird ver­schiedene Exper­i­mente im Labor durch­führen. Die neuen Kun­st­stoffe sollen im Ide­al­fall nur noch max­i­mal zehn Jahre brauchen, bis sie sich voll­ständig zer­set­zt haben. „Aber so lange kann ich ja nicht auf meine Ver­suche warten. Um trotz­dem valide Aus­sagen tre­f­fen zu kön­nen, muss ich mir noch eine neue Meth­ode zur Über­prü­fung ein­fall­en lassen“, bemerkt Volhard.