UW-Forscher entwickeln vielversprechenden „Biokunststoff“, der sich wie eine Bananenschale zersetzen kann

von Lisa Stiffleram 24. Juli 2023 um 15:00 Uhr 24. Juli 2023 um 12:03 Uhr

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Plastikmüll ist überall in der Umwelt. Flaschen aus fossilen Brennstoffen liegen am Straßenrand, Schraubverschlüsse säumen die Strände, Taschen wehen über die Straße.

Daher ist die Vorstellung eines aus Algen hergestellten Kunststoffs, der in der Natur genauso schnell biologisch abgebaut wird wie eine Bananenschale, für diejenigen, die sich Sorgen über die Plastikverschmutzung machen, ziemlich aufregend.

„Wenn es im Garten oder im Meer landet, zersetzt es sich“, sagte Eleftheria Roumeli, Assistenzprofessorin für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen an der University of Washington, deren Labor den Biokunststoff entwickelt hat.

Das Material verfügt über eine Reihe zusätzlicher Eigenschaften. Es lässt sich leicht zu neuen Artikeln recyceln. Es ist feuerbeständig und verlöscht selbst und verkohlt, wenn es einer Flamme ausgesetzt wird. Es ist bearbeitbar und potenziell stark genug für den Einsatz in langlebigeren Produkten wie Möbeln.

Es wird außerdem aus einer einfach zu züchtenden Blaualge namens Spirulina hergestellt, die Bestandteil von Produkten wie Kosmetika und Proteinergänzungsmitteln ist. Durch das Wachstum der Algen wird der Luft CO2 entzogen.

Der Biokunststoff ist so beeindruckend, dass er die Aufmerksamkeit von Bichlien Nguyen, einem leitenden Forscher bei Microsoft, erregte, was zu einer Spende zur Unterstützung des Labors führte. Das Geld stammte von der Microsoft Climate Research Initiative, einer Initiative, die letztes Jahr ins Leben gerufen wurde, um Kooperationen und Innovationen in der Klimatechnologie zu fördern.

Microsoft kündigte im Jahr 2020 eine Initiative an, die darauf abzielt, einige seiner Abfallströme zu beseitigen. Ein Kunststoff wie der, den Roumeli entwickelt, könnte bei diesem Ziel und den Klimabemühungen des Unternehmens helfen. Das Material könnte eines Tages zur Herstellung von Computergehäusen oder Racks zur Unterbringung von Servern und anderer Elektronik in den Einrichtungen verwendet werden, die Cloud-Dienste anbieten.

„Wir arbeiten mit akademischen Führungskräften wie Eleftheria und ihrem Team zusammen, um mithilfe von KI und maschinellem Lernen die Forschung zur Bewältigung dieser dringenden Herausforderungen zu beschleunigen“, sagte Nguyen per E-Mail. „Gemeinsam arbeiten wir daran, nachhaltigere Materialien zu entwickeln, ihre Entwicklungszeit zu verkürzen und verbesserte Eigenschaften zu entwickeln.“

Roumeli veröffentlichte ihre Forschung kürzlich in der Zeitschrift Advanced Functional Materials, und Nguyen, die auch Assistenzprofessorin am Department of Computer Science and Engineering der UW ist, war eine beitragende Autorin.

Roumelis Labor erhielt außerdem eine Spende in Höhe von 150.000 US-Dollar vom Technologieriesen Meta, der sich ebenfalls für nachhaltige Materialien für die Elektronik interessiert. Die UW gab den Umfang des Geschenks von Microsoft nicht bekannt.

Obwohl der neue Kunststoff vielversprechend ist, gibt es noch erhebliche Hürden, bevor er kommerzialisiert werden kann. Die größte Herausforderung besteht darin, dass das Material nicht wasserdicht ist.

„Für uns ist es sehr wichtig, dieses Problem zu lösen“, sagte Roumeli. Sie meldet Patente für die bisherigen Leistungen des Labors an, während ihr Team an einer Lösung arbeitet, um dem Material Wasserbeständigkeit zu verleihen.

Wenn dieses Teil gelöst ist, könnte es relativ einfach sein, die Produktion des Kunststoffs skalierbar zu machen. Roumeli, die ihren Ph.D. gemacht hat. Bei der Forschung an herkömmlichen erdölbasierten Kunststoffen wurde der Algenkunststoff bewusst unter Verwendung der gleichen Geräte und Temperaturbedingungen entwickelt, die üblicherweise bei der Kunststoffproduktion verwendet werden. Auf diese Weise ändert sich der Rohstoffbestand, die Infrastruktur jedoch nicht.

Ein weiterer Pluspunkt ist, dass Spirulina als ganzer Organismus verwendet werden kann und keine komplizierte Verarbeitung und Lösungsmittel erfordert, um seine Bestandteile zu trennen, bevor es in einen Kunststoff umgewandelt wird.

Allerdings weiß Roumeli, dass die Kunststoffherstellung ein Industriezweig ist, der sich nur schwer ändern lässt, nachdem er jahrzehntelang erfolgreich Hochleistungskunststoffe aus fossilen Brennstoffen hergestellt hat. Sie glaubt auch, dass ihre Lösung nicht die einzige ist, sondern hoffentlich eine von vielen, die sich mit den Klimaauswirkungen von Plastik und dem durch die Materialien verursachten Müll befassen.

Das Seattle Aquarium beispielsweise führte kürzlich Untersuchungen für einen internationalen Wettbewerb durch, bei dem es darum ging, Biokunststoffe zu identifizieren, die in der Meeresumwelt sicher sind. Das Gewinnerprodukt wurde aus Algen hergestellt.

„Das ist ein wichtiges Problem“, sagte Roumeli, „von dem wir nicht wegsehen dürfen.“

Weitere Autoren des Artikels mit dem Titel „Fabricating Strong and Stiff Bioplastics from Whole Spirulina Cells“ sind die UW-Forscher Hareesh Iyer, Paul Grandgeorge, Andrew Jimenez, Ian Campbell, Mallory Parker, Michael Holden, Mathangi Venkatesh und Marissa Nelsen.

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