Kunststoffe zerstören sich auf Kommando

Mit einem eingebauten biologischen Selbstzerstörungsmechanismus wollen Forscher des Shenzhen Institute of Advanced Technology ein Plastikmüll-Problem entschärfen. Sie reichern Polycaprolacton (PCL) mit speziellen Sporen an, die das Material innerhalb kürzester Zeit zersetzen, wenn sie in Kontakt mit der Atmosphäre kommen. Normalerweise sind sie von Plastik dagegen abgeschirmt. PCL ist zwar biologisch abbaubar, doch das dauert einige Wochen.

Mithilfe der synthetischen Biologie hat das Team Bacillus subtilis mit einem genetischen Schaltkreis ausgestattet, der die Sekretion eines kunststoffabbauenden Enzyms (Lipase BC aus Burkholderia cepacia) steuert. Unter dem Stress von Schwermetallionen bildet Bacillus subtilis Sporen. Diese vermischen die Forscher mit PCL-Granulat, aus dem sie dann per Extrusion Bauteile herstellen, die sich im praktischen Gebrauch von denen aus sporenfreiem Granulat nicht unterscheiden.

Die Sporen bleiben inaktiv, so lange das Bauteil benutzt wird. Um es zu zerlegen, müssen die Sporen befreit werden, sodass das kunststoffabbauende Enzym tätig werden kann. Die Forscher haben in einem Test das Enzym Lipase CA eingesetzt, das die Kunststoffoberfläche abträgt, sodass die Sporen ihre Freiheit zurückbekommen. Spontan beginnen sie zu keimen und setzen Lipase BC frei, das sich an die PCL-Polymerketten klammert und sie in sechs bis sieben Tagen vollständig zerstört. Normal kompostiert dauert es 55 Tage

Sporen sind hart im Nehmen

In weiterer Folge haben die Wissenschaftler das Sporenverfahren auch mit anderen biologisch abbaubaren Kunststoffen getestet. Sie konnten in allen Fällen nachweisen, dass zum einen die Qualität der Bauteile durch die Integration der Sporen nicht leidet; zum anderen, dass die Zersetzung erheblich schneller geht als ohne biologische Hilfsmittel.

Im Übrigen sind die Sporen hart im Nehmen. Sie halten ohne weiteres Temperaturen von 300 Grad Celsius aus, wie sie bei Extrudieren auftreten können, unterstreichen die Materialforscher. Selbst wenn sie mechanisch zerkleinert werden, rappeln sich die Bruchstücke auf und vervollständigen sich wieder, um ihre wichtige Zerstörungsarbeit leisten zu können, heißt es abschließend. (pte)

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