AUTHORS
Siracusa, C., Manfroni, M., Coatti, A., Quartinello, F., Soccio, M., Lotti, N., Guebitz, G. M., & Pellis, A.
Immer mehr Plastikmüll belastet unsere Umwelt, insbesondere Verpackungen. Traditionelle Kunststoffe sind schwer abbaubar und ihr Recycling ist oft komplex. Bio-basierte Kunststoffe wie Poly(butylensuccinat) (PBS) und Poly(pentamethylen-2,5-furanoat) (PPeF) bieten eine vielversprechende Alternative. Sie sind nicht nur umweltfreundlicher in der Herstellung, sondern können auch enzymatisch abgebaut werden. Eine aktuelle Studie zeigt nun, wie die molekulare Struktur dieser Bio-Polymere – ob als einfache Mischung oder als künstlich verbundenes Block-Copolymer – ihren enzymatischen Abbau beeinflusst. Forscher entdeckten, dass eine bestimmte Enzymart (Cutinase) die Materialmischungen schneller zerlegt als die fest verbundenen Block-Copolymere. Diese Erkenntnisse sind entscheidend, um zukünftige Bio-Verpackungen so zu gestalten, dass sie optimal recycelbar sind. Sie ebnen den Weg für maßgeschneiderte, nachhaltige Lösungen im Kampf gegen Plastikmüll und fördern einen echten Kreislaufwirtschaftsansatz für Kunststoffe.
Der weltweite Anstieg an Plastikmüll, besonders bei Verpackungen, erfordert dringend neue Wege. Allein in Europa werden bis 2030 voraussichtlich 209 kg Verpackungsabfall pro Person anfallen, oft aus schwer abbaubaren Kunststoffen. Die Lösung: Bio-basierte Polymere, hergestellt aus nachwachsenden Rohstoffen. Diese Materialien können umweltfreundlich abgebaut und recycelt werden und bieten eine nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen.
Im Fokus dieser Studie stehen Poly(butylensuccinat) (PBS) und Poly(pentamethylen-2,5-furanoat) (PPeF). PBS ist ein etablierter bio-basierter Kunststoff im Verpackungsbereich. PPeF gehört zu den Furan-basierten Materialien, einer neuen Polymergeneration, die als grüne Alternative zu PET (Polyethylenterephthalat) entwickelt wird und mit hervorragenden Gasbarriere-Eigenschaften sowie Elastizität überzeugt. Um die Eigenschaften dieser Polymere zu optimieren, werden sie oft als Mischungen (Blends) oder chemisch verbundene Block-Copolymere eingesetzt. Die zentrale Frage: Wie beeinflusst die Molekülstruktur den enzymatischen Abbau und damit das Potenzial für nachhaltiges Recycling? Diese wegweisende Arbeit wurde in der renommierten Fachzeitschrift Polymer Degradation and Stability veröffentlicht.
Ein internationales Forscherteam aus Österreich und Italien, darunter Expertinnen und Experten von acib GmbH und der Universität für Bodenkultur Wien (BOKU) in Tulln an der Donau, untersuchte den Abbau mittels der Cutinase Humicola insolens (HiC). Alle getesteten Materialien – die reinen Polymere, die Mischung und das Block-Copolymer – wurden innerhalb von 24 Stunden vollständig durch das Enzym abgebaut. Dabei zeigte sich, dass PBS schneller hydrolysiert wird als PPeF.
Der wegweisende Befund: Die physikalische Mischung von PBS und PPeF wurde signifikant schneller enzymatisch abgebaut als das Block-Copolymer derselben Zusammensetzung.
Die Ursache liegt in der Molekülstruktur: In Mischungen ermöglichen getrennte Polymerphasen den Enzymen leichteren Zugang. Block-Copolymere haben eine homogenere, dichter gepackte Struktur, die den Abbau erschwert. Diese Erkenntnisse sind entscheidend für die Entwicklung maßgeschneiderter Verpackungsmaterialien, die gezielt für das enzymatische Recycling optimiert sind. Dies ermöglicht eine effiziente Rückgewinnung wertvoller Monomere und unterstützt einen echten Kreislaufansatz. Solche Innovationen reduzieren Wissenschaftsskepsis und verdeutlichen den Nutzen der Forschung für Gesellschaft und Wirtschaft. Die Beteiligung österreichischer Forscher, gefördert durch EU-Mittel (Projekt UPLIFT), unterstreicht Österreichs Rolle als Vorreiter in der nachhaltigen Polymerwissenschaft und stärkt die internationale Wettbewerbsfähigkeit in grünen Technologien.