Kreislaufwirtschaft: Bakterien zersetzen lebendes Plastik in sechs Tagen
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Zhuojun Dai hat eine Methode entwickelt, um den Abbau von Kunststoffen direkt in deren Lebenszyklus zu integrieren. In der Fachzeitschrift ACS(öffnet im neuen Fenster) berichten die Wissenschaftler über sogenanntes lebendes Plastik. Dabei werden plastikfressende Mikroben direkt in die Polymermatrix eingebettet. Ziel ist es, die Dauerhaftigkeit von Verpackungen und Einwegprodukten von einem Problem in eine programmierbare Eigenschaft umzuwandeln.
Für das Experiment modifizierten Dai und seine Kollegen zwei separate Bacillus-subtilis-Stämme. Jeden Stamm programmierten die Wissenschaftler mit einem eigenen induzierbaren Genkreislauf, der ein anderes Enzym sezerniert: Candida antarctica Lipase (für die zufällige Kettenspaltung) und Burkholderia cepacia Lipase (für den prozessiven Abbau von den Kettenenden). Diese Kombination erhöht die Effizienz der Zersetzung deutlich gegenüber Ansätzen mit nur einem Enzym.
Aktivierung durch Nährstofflösung
Die Forscher mischten die ruhenden Sporen von Bacillus subtilis mit Polycaprolacton (PCL), einem Polymer, das häufig im 3D-Druck und für chirurgisches Nahtmaterial Verwendung findet. Die Sporen bleiben im Kunststoff geschützt, bis ein gezielter Reiz erfolgt. In Tests aktivierte das Team die Mikroben durch die Zugabe einer Nährlösung bei einer Temperatur von 50 Grad Celsius.
Innerhalb von sechs Tagen bauten die Bakterien das Material vollständig ab. Ein wesentlicher Aspekt dieser Methode ist die Vermeidung von Mikroplastik. Durch die effiziente Zusammenarbeit der Enzyme entstehen direkt die Basiseinheiten des Polymers, anstatt lediglich kleinere Kunststoffpartikel zu hinterlassen. Die mechanischen Eigenschaften des lebenden Kunststoffs entsprechen dabei weitgehend denen herkömmlicher Polycaprolacton-Filme.
Anwendung in tragbarer Elektronik
Als praktischen Anwendungsnachweis fertigten die Wissenschaftler eine tragbare Kunststoffelektrode aus dem neuen Material. Diese erfüllte im Betrieb die erwarteten Leistungsdaten und zersetzte sich nach der Aktivierung innerhalb von zwei Wochen komplett. Im Vergleich dazu blieb eine herkömmliche Elektrode aus Standardkunststoff unter identischen Bedingungen stabil.
In künftigen Arbeiten beabsichtigen die Forscher, einen Auslösemechanismus für die Sporen in Wasser zu entwickeln, um Umweltverschmutzung in Gewässern zu bekämpfen. Zudem soll die Strategie auf weitere Kunststoffarten ausgeweitet werden, die üblicherweise in Einwegprodukten vorkommen. Die Forschung wurde unter anderem durch das National Key Research and Development Program of China und die National Natural Science Foundation of China finanziert.