Plastikfresser im Kommen

Zielführende Lösungen

Das Horrorszenario, mit dem der Klappentext die Leserschaft ködert, erweist sich – 50 Jahre nach Erstauflage des Buches und 69 Jahre nach der ersten Kunststoffmesse anno 1952 – mehr als Utopie, denn als reale Gefahr. Eines nämlich lässt sich mit dem Wissen von heute über die Fähigkeiten und Eigenschaften von Polymeren mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit sagen:

So leicht fällt Kunststoff keiner bakteriellen Fressattacke zum Opfer! Obgleich dieser Vorstellung etwas Bestechendes innenwohnt, angesichts der weltweit rund 150 bis 200 Millionen Tonnen Kunststoffrückstände, die Jahr für Jahr auf Mülldeponien aber auch in der Umwelt landen. Hätte Mutter Natur einen Organismus im Sortiment ihrer vielen Millionen Lebensformen, der Heißhunger auf Kunststoff und Kautschuk verspürte – wir bräuchten uns keinen Kopf zu machen über die Folgen von Mikroplastik im Meer, Reifenabrieb in der Luft oder dem Verbleib funktionaler polymerer Kunststoffverpackung leicht verderblicher Lebensmittel.

Auf der Suche

Um der Flut an Kunststoffprodukten, die den Zenit ihre Nutzungsdauer erreicht oder überschritten haben, Herr zu werden beziehungsweise die darin verarbeiteten Polymere als wertvolle, qualitativ hochwertige Rohstoffe wieder in den Werkstoffkreislauf zurückzuführen, braucht es einen effizienten und – aus ökologischer Sicht – nachhaltigen Lösungsansatz. Sowohl klassische, sprich physikalische, wie auch chemische Verfahren ermöglichen bislang kein vollständiges werkstoffliches respektive rohstoffliches Recycling; obwohl die chemische Vorgehensweise gegenüber dem Einsatz mechanischer Kräfte und hoher Temperaturen ein größeres Potenzial besitzt, wie es in unserem Thema des Monats „Rohstoffliches Recycling im Blick“ darlegt wird [Link: https://bit.ly/3rpkXoA].

Eine gewichtige Herausforderung beim Recycling von Kunststoffen stellt die Vielzahl der am Markt verfügbaren Polymere dar, die sich in ihrer Gesamtheit in Art und Zusammensetzung erheblich unterscheiden: Stoffe, die chemisch gebunden wurden, lassen sich nun einmal nur schwer, und wenn überhaupt, nicht mit physikalischen Kräften scheiden. Schreddern, Mahlen, Schneiden oder mittels Hitze gewinnt man letztlich ein Granulat von diverser Zusammensetzung, dass sich allenfalls einer Neuware beimischen lässt. Additive, Chemikalien, Farben und Fehlgerüche machen es schwer, aus alten Produkten neue von vergleichbarer Qualität herzustellen (Upcycling). Anders gestaltet sich die Sachlage natürlich, wenn die Farbe des Endprodukts gleichgültig und auch Maß der Werkstoffqualität eher nebensächlich ist, wie es zum Beispiel auf Bakenfüße zutreffen mag, die sich aus diversen Kunststoffen im Recyclinggemisch in einem Guss herstellen lassen (Downcycling).

Die Mischung macht‘s

Das Beste wäre, ließe sich das recycelte Gut sowohl in die eine als auch die andere Richtung verwenden: fürs Upcycling und fürs Downcycling. Was es dafür allerdings braucht, ist eine Recyclingverfahren, dass Altkunststoffe buchstäblich ganz und gar in seine einzelnen Bestandteile zerlegen hilft. Das chemische Recycling weist bereits in die richtige Richtung; damit lassen sich inzwischen bestimmte Polymere in ihrer Monomere aufbrechen und sauber zurückgewinnen.

Weil dieser Vorgang die Umkehrung der Polymerisation beschreibt, wird er als Depolymerisation bezeichnet, eben in Anlehnung an den Herstellungsprozess: Die Polymerisation erfolgt mittels geeigneter chemischer Reaktionen, wobei die kohlenwasserstoffbasierten Monomere auf unterschiedliche Art miteinander verknüpft werden. Die Umkehrung erfordert allerdings eine mehr oder weniger umfängliche und aufwendige Prozessführung.

Bestechend einfach

Wie einfach dagegen erscheint die eingangs geschildert Vorstellung, Kunststoffrückstande aller Art, Herkunft und Zusammensetzung in einen großen Kessel zu geben, mit einer Handvoll Bakterien zu versetzen und die Mikroben bei geschlossenem Deckel ihre Arbeit verrichten und die Polymerbrühe verdauen zu lassen. Aus dem Sud werden schließlich die Monomere abgeschöpft und nach Art und Größe sauber aufgetrennt, und zwar frei von störenden Materialanhaftungen, Additiven oder anderem. Was letztlich anfiele, ließe sich buchstäblich als Neuware deklarieren und als solche quasi in einer Endlosschleife frei von Qualitätsverlust immer und immer in den Produktionsprozess einbringen.

Bakterien als Enzymquelle

Würde man die mikrobielle, biokatalysierte Depolymerisation von PET Mutter Natur überlassen, würde sich der Prozess ziemlich in die Läge ziehen. Von Effizienz, wie sie in der Industrie vonnöten ist, könnte keine Rede sein. Folglich bedient man sich biotechnologischer Methoden, um Bakterien anzuregen, soviel Enzym wie möglich herzustellen. „Novozymes“ etwa gehört hierzu zu den „Big Player“. Das dänische Biotechnik-Unternehmen verfügt unter anderem über eine der weltweit größten Sammlungen mit mehr als 8000 Hefe- und Milchsäurebakterien-Kulturen. Mit Unterstützung von Novozymes hat das französische Unternehmen „Carbios“ wiederum ein Verfahren entwickelt und etabliert, dass eine echte Kreislaufwirtschaft von Polymermaterialien in Aussicht stellt.

Im April 2020 veröffentlichte das wissenschaftliche Journal Nature einen inzwischen vielfach zitierten Artikel, in dem der Prozess beschrieben wird, wie die Technologie von Carbios Plastikmüll in „chemische Bausteine für die Herstellung neuer, hochwertiger Kunststoffe“ umwandelt. Hierbei spielt nicht allein die umgesetzte Menge eine Rolle, sondern auch die Zeit, die für die Umsetzung benötigt wird. Und beides, lässt sich lesen, besteche bei dem Carbios-Verfahren: Innerhalb von nur zehn Stunden sei eine Tonne geschredderter Kunststoff zu 90 Prozent abgebaut worden; den Fokus habe man derzeit auf PET-Produkte (Flaschen, Folien, Textilfasern etc.) gerichtet. Die Wirkungsweise des Enzyms, das Polyethylenterephthalat (PET) durch Hydrolyse in Monomere zerlegt, wird von Carbios als "bakterieller Katalysator" beschrieben. Die hieraus resultierende chemische Degradation übertreffe alle bisher beschriebenen Hydrolysen, auch jene des oben erwähnten Bakteriums Ideonella sakaiensis. Entdeckt wurde es unter tausenden Mikroorganismen, die man auf Mülldeponien gefunden und untersucht habe. Man habe zeigen können, berichten die Autoren des Nature-Artikels, dass biologisch recyceltes PET die gleichen Eigenschaften wie petrochemisches PET aufweist, und enzymatisch depolymerisierter PET-Abfall eigne sich für die Herstellung von zum Beispiel PET-Flaschen.