Mit Polyphosphat gegen die Plastikberge in den Weltmeeren

Die Zahl ist gewaltig: 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.

Fachbereich Chemieingenieurwesen
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Prof. Dr. Thomas Jüstel
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Forschungsaktivitäten am Fachbereich Chemieingenieurwesen
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Labor für Kunststofftechnologie
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