Forschern des FAMU-FSU College of Engineering ist ein bedeutender Durchbruch bei der Entwicklung einer Alternative zu herkömmlichen erdölbasierten Kunststoffen gelungen. Diese Kunststoffe, die für ihr geringes Gewicht und ihre Anpassungsfähigkeit bekannt sind, sind für verschiedene Industriezweige unverzichtbar, darunter Verpackungen, medizinische Geräte, Luft- und Raumfahrt sowie die Automobilindustrie. Die Auswirkungen von Kunststoffabfällen auf die Umwelt sind jedoch nach wie vor ein drängendes Problem, da sie zur Verschmutzung von Mülldeponien und Meeren beitragen.
Um dieser Herausforderung zu begegnen, entwickelte Chungs Team eine potenzielle Lösung unter Verwendung von Kohlendioxid (CO2) und Lignin, einem kostengünstigen Nebenprodukt der Papierherstellung und Biokraftstoffproduktion. Die in der Fachzeitschrift Advanced Functional Materials veröffentlichte Forschungsarbeit ist der erste erfolgreiche Nachweis der direkten Synthese eines zyklischen Carbonatmonomers aus CO2 und Lignin. Dieses Molekül, das aus Kohlenstoff- und Sauerstoffatomen besteht, kann mit anderen Molekülen verbunden werden, um synthetische Polymere herzustellen.
Das vom Team neu entwickelte Material ist am Ende seines Lebenszyklus vollständig abbaubar und hinterlässt weder Mikroplastik noch giftige Stoffe. Es kann auch unter geringerem Druck und bei niedrigeren Temperaturen als bei herkömmlichen Methoden synthetisiert werden.
Außerdem kann das Polymer recycelt werden, ohne seine ursprünglichen Eigenschaften zu verlieren. Die Forscher erreichten dies, indem sie die Polymere durch einen Prozess namens Depolymerisation in reine Monomere umwandelten.
Unsere Studie macht aus dem schädlichen Treibhausgas CO2 einen nützlichen Rohstoff für die Herstellung abbaubarer Polymere oder Kunststoffe
Hoyong Chung
Diese Monomere sind die Bausteine der Polymere. Sie können auf unbestimmte Zeit recycelt werden, wobei hochwertige Polymere entstehen, die dem ursprünglichen Material entsprechen. Mit diesem Durchbruch werden die bisherigen Grenzen des Polymerrecyclings überwunden, da das wiederholte Erhitzen durch Schmelzen die Qualität mindert und zu einer begrenzten Wiederverwertung führt.
Das neue Material könnte wahrscheinlich herkömmliche Kunststoffe in verschiedenen Bereichen wie Bauwesen, Landwirtschaft, Verpackung, Kosmetika, Textilien, Windeln und Einweggeschirr ersetzen. Bei weiterer Entwicklung sieht Chung die Möglichkeit, dieses Material für hochspezialisierte Polymere für biomedizinische und Energiespeicheranwendungen zu verwenden.
Die Studie wurde von dem Postdoktoranden Arijit Ghorai geleitet, mit Beiträgen von Hoyong Chung und anderen Teammitgliedern des FSU College of Engineering.