Seit Bakelit im Jahr 1907 als erster synthetischer Kunststoff entdeckt wurde – er wurde als elektrischer Isolator verwendet – hat diese leichte, starke und formbare Materialklasse dazu beigetragen, die moderne Welt zu erschaffen. Kunststoffe sind ein wesentlicher Bestandteil bei der Produktentwicklung und -herstellung, und ihre Verwendung, insbesondere als Einwegartikel wie Wasserflaschen und Lebensmittelverpackungen, nimmt zu. Das Gesamtgewicht der pro Jahr produzierten Kunststoffe liegt derzeit bei über 380 Millionen Tonnen und soll bis 2050 auf über 900 Millionen Tonnen ansteigen.
Doch ebenso wie die fossilen Brennstoffe, aus denen sie hergestellt werden, können Kunststoffe negative Auswirkungen auf die Umwelt haben. Bis 2050 werden schätzungsweise 12 Milliarden Tonnen Plastikmüll auf Mülldeponien landen oder die natürliche Umwelt verschmutzen. Zum Vergleich: Im Jahr 2015 lag diese Zahl bei rund 4,9 Milliarden Tonnen. Altkunststoffe machen auch einen großen Teil des Brennstoffs aus, der in energieerzeugenden Müllverbrennungsanlagen eingespeist wird und CO2-Emissionen verursacht. Dokumentarfilme wie der von David Attenborough als Sprecher haben auf die Umweltgefahren aufmerksam gemacht, die von Kunststoffabfällen ausgehen. Aufnahmen von weggeworfenen Wasserflaschen, die Meereslebewesen ersticken, haben ebenfalls dazu beigetragen, einen öffentlichen Aufschrei auszulösen und die Plastikverschmutzung weltweit auf die Tagesordnung zu bringen.
Obwohl mittlerweile viele Kunststoffe das Recycling-Symbol tragen, ist das Recycling von Kunststoffen in der Praxis roh und energieintensiv. Recycelte Kunststoffe sind tendenziell von geringerer Qualität – sie haben eine geringere Festigkeit – als neu hergestellte Kunststoffe. Verbrauchern werden zunehmend Produkte verkauft, die aus biologisch abbaubaren Kunststoffen bestehen, aus pflanzlichen Quellen stammen oder mit Sauerstoff und anderen Chemikalien angereichert sind, damit sie in der Umwelt abgebaut werden können. Dies erschwert jedoch die Recyclingbemühungen, da sich biologisch abbaubare Kunststoffe negativ auf die Qualität recycelter Kunststoffe auswirken und es für Recyclinganlagen keine zuverlässige Möglichkeit gibt, diese Kunststoffe von anderen Formen zu trennen.
Wie nachhaltigere Kunststoffe hergestellt werden könnten, ist heute zu einer der größten und dringendsten Fragen der Chemie geworden. Forscher aus vielen Branchen arbeiten nun daran, den Plastikmüll zu reduzieren und die Recyclingchancen zu erhöhen.
Über einen solchen Versuch wird in der dieswöchigen Ausgabe von Nature berichtet. Stefan Mecking und seine Kollegen von der Universität Konstanz in Deutschland beschreiben eine neue Art von Polyethylen – eine der häufigsten Arten von Einwegkunststoffen –, die durch die Rückgewinnung der meisten Ausgangsmaterialien recycelt werden kann – was schwierig ist vorhandene Materialien und Recyclingtechnologien.
Dieser neue Kunststoff muss weiter getestet und seine Auswirkungen auf die bestehende Recyclinginfrastruktur bewertet werden. Dafür ist eine andere Art von Recyclingtechnologie erforderlich als die, die in den bestehenden Recyclingzentren verfügbar ist. Wenn ein Konsens darüber besteht, dass es verwendet werden sollte, und wenn es ausgeweitet werden kann, hat es das Potenzial, die Umstellung auf recycelte Kunststoffe zu beschleunigen. Es könnte ein Teil der Lösung sein, die Verwendung von Kunststoffen weniger schädlich zu machen.
Aber die Chemie allein kann uns nicht weit bringen. Wenn die Verbrennung von Kunststoffen und die Ansammlung der Materialien in Ozeanen und auf Mülldeponien verringert werden sollen, kann die Industrie nicht weiter in dem derzeitigen Tempo Kunststoffe herstellen. Unternehmen müssen mehr Verantwortung für den gesamten Lebenszyklus ihrer Kunststoffprodukte übernehmen. Und damit dies geschieht, müssen die Regierungen mehr Vorschriften einführen, und auch ein vorgeschlagenes Kunststoffabkommen der Vereinten Nationen muss erfolgreich sein.
Einbahnstraßensystem
Kunststoffe werden durch die Kombination von Ketten einfacher molekularer Bausteine hergestellt. Es ist nicht einfach, diesen Prozess rückwärts durchzuführen, um Materialien für die Wiederverwendung herzustellen – obwohl die Forscher einige Fortschritte erzielt haben. Das Haupthindernis für ein verbessertes Kunststoffrecycling besteht darin, die chemischen Bindungen auf systematische und energiearme Weise aufzubrechen, um wertvolle Materialien zurückzugewinnen, die dann zur Herstellung ebenso hochwertiger Kunststoffe verwendet werden können.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Kunststoffen ein Leben nach dem Tod zu ermöglichen. Dazu gehört das mechanische Recycling, bei dem sie zerkleinert, geschmolzen und als minderwertiger Kunststoff wiederverwendet werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, sie chemisch zu recyceln – indem die Bindungen aufgebrochen werden, die die langen Kunststoffmoleküle zusammenhalten, wodurch kleinere, nützliche Moleküle entstehen, die zu neuen Kunststoffen verarbeitet werden können. Mecking und seine Kollegen haben an dem letztgenannten Ansatz gearbeitet, der möglicherweise der schwierigere von beiden ist.
Dieses Team ist eines von mehreren auf der ganzen Welt, die versucht haben, einen solchen Weg zum Recycling von Polyethylen zu finden. Mithilfe einer erneuerbaren Quelle stellten Mecking und seine Kollegen ein robustes, polyethylenähnliches Material her, das chemische Gruppen enthält, die leichter gespalten werden können als die in herkömmlichen Kunststoffen, sodass das Material beim Recycling zerlegt werden kann. Durch den Recyclingprozess konnten die Wissenschaftler fast das gesamte Ausgangsmaterial zurückgewinnen und daraus das polyethylenähnliche Material neu herstellen.
Diese Arbeit folgt auf die eines anderen Teams, das im Oktober ähnliche Ergebnisse meldete. Susannah Scott von der University of California in Santa Barbara und ihre Kollegen nutzten einen Katalysator, um Polyethylen in kleinere Moleküle aufzuspalten, die als Ausgangsblöcke für die Herstellung verschiedener Polymertypen verwendet werden konnten.
Das ist clevere Chemie und lebenswichtige Forschung. Der Ansatz muss nun für verschiedene Kunststoffarten und in größeren Maßstäben untersucht werden. Doch solange der Kunststoffverbrauch weiter steigt, wird Recycling allein die Kunststoffverschmutzung nicht verringern.
Die Industrie ist sich dessen bewusst und beschäftigt sich – wenn auch nicht annähernd so intensiv wie nötig – mit der Frage, wie sie ihre Produktion reduzieren kann. Ein Fünftel der Unternehmen, die Kunststoffverpackungen herstellen oder verwenden, haben sich einer Verpflichtung namens „New Plastics Economy Global Commitment“ verpflichtet, die von der Ellen MacArthur Foundation und dem UN-Umweltprogramm ins Leben gerufen wurde. Die Unterzeichner versprechen, das Kunststoffrecycling im Rahmen eines umfassenderen Engagements für die Prinzipien der Kreislaufwirtschaft zu steigern, die auf eine kontinuierliche Ressourcennutzung und die Vermeidung von Abfällen abzielen. Dem neuesten Bericht zufolge sind die Fortschritte jedoch uneinheitlich – insbesondere bei der Reduzierung von Einwegverpackungen und der Einführung vollständig wiederverwendbarer Verpackungen.
Es ist klar, dass Unternehmen einen Anstoß erhalten oder stärker zum Handeln gedrängt werden müssen. Wenn sie die Verantwortung für den gesamten Lebenszyklus ihrer Kunststoffprodukte übernehmen müssten, wären sie weniger geneigt, Materialien zu verwenden, die schwer wiederzuverwenden oder zu recyceln sind. Zu diesem Zweck muss ein vorgeschlagener globaler Vertrag erfolgreich sein, der als Äquivalent zum Pariser Klimaabkommen zur Bekämpfung der Plastikverschmutzung beschrieben wird. In der Vergangenheit wurden Verträge zur Bekämpfung des Klimawandels und des Verlusts der biologischen Vielfalt von einigen Industrievertretern und Regierungen mit Interesse an fossilen Brennstoffen abgelehnt oder sogar geschwächt. Die Geschichte kann sich nicht wiederholen; Der Planet hat keine Zeit.
Vor mehr als einem Jahrhundert haben Chemiker der Welt Kunststoffe geschenkt. Doch diese außerordentlich nützlichen Materialien stellen heute eine ernstzunehmende Umweltbelastung dar. Glücklicherweise sind Chemiker sowohl in der Wissenschaft als auch in der Industrie entschlossen, einen umweltfreundlichen Weg zur Entfernung von Kunststoffen zu finden. Unternehmen und Regierungen müssen nun aktiv werden und Verantwortung für ihren Anteil an der Anhäufung von Kunststoffabfällen übernehmen. Maßnahmen können nicht zu früh kommen.
Natur 590, 363-364 (2021)
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-00391-7
