Umdenken, neu schreiben, neu definieren – wie biologisch abbaubare Kunststoffe die Nachhaltigkeit verändern

Die Vision der University of California San Diego besteht darin, eine studentenzentrierte, forschungsorientierte und serviceorientierte öffentliche Universität zu sein. Es gibt auf dem gesamten Campus unzählige Beispiele dafür, wie diese drei Säulen aufrechterhalten werden, aber es ist einzigartig, dass alle drei gleichzeitig integriert sind. Jetzt stellt ein neues Buch über biologisch abbaubare Kunststoffe auf Algenbasis die studentische Forschung und das enorme Potenzial vor, das darin steckt, den Konsumismus auf globaler Ebene zu verändern.

Die Statistiken über die Umweltschäden durch Kunststoffe sind drastisch: Im Jahr 2018 landeten auf US-amerikanischen Mülldeponien 27 Millionen Tonnen Kunststoff (US-Umweltschutzbehörde); Bis zu 199 Millionen Tonnen Plastik könnten in unseren Ozeanen vorhanden sein (Umweltprogramm der Vereinten Nationen); und es kann bis zu 450 Jahre dauern, bis sich Plastikflaschen und Windeln zersetzen (Weltwirtschaftsforum).

Forscher der UC San Diego haben viele Jahre damit verbracht, eine biologisch abbaubare Plastikalternative aus Algen zu entwickeln. Dieses auf Algen basierende Polymer wurde bereits zur Herstellung von Surfbrettern, Flip-Flops und Wanderschuhen verwendet. Rethinking Polyester Polyurethanes: Algae-Based Renewable, Sustainable, Biodegradable and Recycleable Materials (Emerging Issues in Analytical Chemistry), herausgegeben von Elsevier, beschreibt die Grundlagen der Herstellung biobasierter Polymere, Lebenszyklusanalysen und eine technisch-ökonomische Analyse.

Das Buch wurde von Robert „Skip“ Pomeroy, Professor für Chemie und Biochemie, herausgegeben und größtenteils während der Pandemie geschrieben. Zu den mitwirkenden Autoren des Buches gehören Lehrkräfte der UC San Diego, Forschungswissenschaftler, Postdoktoranden, Alumni sowie Doktoranden und Studenten.

„Die akademischen Lehrlabore an der UC San Diego sind bewusst darauf ausgelegt, die Zusammenarbeit zwischen engagierten Einzelpersonen und Gruppen zu fördern, die nach Lösungen für das wachsende Plastikmeer suchen, das unsere Ozeane heimsucht“, sagte Kanzler Pradeep K. Khosla. „Robert Pomeroy, Michael Burkart und Steven Mayfield haben in ihren Bemühungen, Innovationen und eine unternehmerische Denkweise zum Schutz der Ressourcen unseres Planeten einzusetzen, unterschiedliche Perspektiven von Studenten, Industrie und Gemeinschaft eingebracht. Sie spiegeln unser Engagement auf dem Campus wider, mutige, kreative Maßnahmen zu ergreifen.“ um eines der anspruchsvollsten Probleme der Welt zu lösen.“

Trotz aller Aufmerksamkeit ist Recycling oft unerschwinglich teuer und ineffizient. Nur ein kleiner Teil der Kunststoffe wird recycelt und die meisten neuen Kunststoffprodukte werden nicht aus recycelten Materialien hergestellt.

Pomeroys Labor ist auf analytische Chemie spezialisiert, die uns seiner Meinung nach dabei helfen kann, Begriffe wie „recycelbar“ und „biologisch abbaubar“ neu zu definieren. In einem Kapitel des Buches über Greenwashing – die Behauptung, etwas sei umweltfreundlich, obwohl dies nicht der Fall ist – werden diese Labels genauer untersucht.

Er weist darauf hin, dass die Tatsache, dass ein Artikel recycelt werden kann, nicht bedeutet, dass er in die Recyclingtonne gelangt, und selbst dann gelangt er möglicherweise nicht in eine Recyclinganlage. Beispielsweise sind mit Kunststoff beschichtete Milchkartons technisch recycelbar, aber in Kalifornien gibt es keine Einrichtungen, die sie recyceln. Oftmals werden solche „recycelbaren“ Gegenstände einfach verbrannt.

Ein weiteres Beispiel ist die Verwendung des Wortes „biologisch abbaubar“. Manchmal fügen Hersteller einem Kunststoffprodukt eine kleine Menge inertes Material wie Holzfasern bei und behaupten, es sei biologisch abbaubar. „Sie erzeugen lediglich Mikroplastik“, sagte Pomeroy. „Jetzt stellen wir die Worte in Frage. Wir stellen die Definitionen in Frage. Hier kommt die analytische Chemie ins Spiel. Wir wollen einen richtigen Weg finden, dies zu tun.“

Grundsätzlich ist Pomeroy davon überzeugt, dass wir unsere Denkweise über Kunststoffe ändern müssen, auch über Einwegkunststoffe wie Strohhalme und medizinische Hilfsmittel. Während sich Papierstrohhalme zu schnell auflösen – oft mitten beim Trinken – behalten Strohhalme aus Algenpolymeren ihre strukturelle Integrität lange genug, um nützlich zu sein, werden dann aber in einem Bruchteil der Zeit eines Plastikstrohhalms biologisch abgebaut.

„Wir müssen sorgfältiger darauf achten, dass die Lebensdauer des Produkts mit der Nutzungsdauer übereinstimmt“, erklärte Pomeroy.

Pomeroy wollte, dass das Buch relevant ist und die Wissenschaft zeigt, aber auch etwas, das lesbar ist, ohne über die Köpfe der Leute hinwegzureden oder sie herunterzureden. Es soll eine Informationsquelle für Branchenexperten sein, die sich mit dem Verkauf, der Vermarktung oder der Herstellung von Polyurethan-Produkten befassen. diejenigen in Regulierungsfunktionen, die die Vorteile biobasierter Materialien verstehen wollen; und diejenigen, die an der Erforschung biobasierter Materialien beteiligt sind, darunter Studenten der Umweltchemie, des Ingenieurwesens und der Materialwissenschaften.

Pomeroy fand eifrige Studenten aus allen Disziplinen, die in seinem Labor arbeiteten und zum Schreiben von Kapiteln beitrugen. „Einige Studenten kommen aus der Chemie, einige sind Chemieingenieure, einige sind Statistiker, einige sind Biologen“, erklärte er. „Sie kommen von vielen verschiedenen Orten. Manchmal gibt es nicht die besten Forschungsmöglichkeiten in Ihrer Abteilung.“

Einer der Studenten war Anton Samoylov, der 2021 seinen Bachelor in Chemieingenieurwesen abschloss und als Studienanfänger in Pomeroys Labor zu arbeiten begann. Obwohl er kein Chemiestudent war, war Samoylov während einer Laborführung am Triton Day fasziniert, als Pomeroy begeistert über seine Arbeit bei der Entwicklung von Algen-Surfbrettern und das Potenzial von Algen als Biokraftstoff und erneuerbarer Kunststoff sprach.

Als Student arbeitete Samoylov an dem Buch mit zwei Mentoren, den Postdoktoranden An Phung und Bhausaheb Rajput, die er bereits aus der gemeinsamen Arbeit an der Herstellung mikrofluidischer Strömungssysteme für die Synthese von Polyurethan-Vorläufern kannte.

Samoylov, jetzt Doktorand an der University of Arizona, der Chemie- und Umweltingenieurwesen studiert, sagte: „Für jedes Kapitel kleine Gruppen von Autoren zu haben, war großartig, weil ich die Möglichkeit hatte, mich tief in den Schreibprozess einzubringen. Aufgrund der Arbeit, die wir zusammen geleistet haben.“ „Ich fühlte mich wohl und stolz, dieses Buchkapitel in die Hand genommen zu haben. Skips Labor bot mir definitiv einzigartige Möglichkeiten.“

„Warum kommen Studenten an die UC San Diego? Ist es, um mit 300 anderen Studenten in einem Hörsaal zu sitzen, oder weil es die Möglichkeit gibt, am Leben der Universität teilzunehmen?“ Fragte Pomeroy.

„Alle, die an diesem Buch gearbeitet haben – sie haben praktische Laborerfahrung gesammelt, sie haben Forschungsarbeiten veröffentlicht und sie haben mit unserem Start-up-Unternehmen Algenesis interagiert. Ich denke, das ist ein enormer Mehrwert, den nicht viele andere Universitäten bieten können.“

Für die Studierenden war es auch wichtig, einen Einblick in das Leben eines Fakultätsforschers zu erhalten. „Wir haben beneidenswerte Jobs, aber wir arbeiten hart. Und wir arbeiten hart, weil wir eine Leidenschaft dafür haben“, erklärte Pomeroy. „Ich möchte, dass unsere Schüler erkennen, dass dies unser Leben ist, aber es könnte auch ihr Leben sein. Wenn sie sich anstrengen, können sie auf ihrem Gebiet führend sein.“

Einer der aufstrebenden Führungskräfte ist Miheer Modi, der seinen Bachelor- und Master-Abschluss in Chemie an der UC San Diego erworben hat und jetzt wissenschaftlicher Mitarbeiter bei Scripps Research ist. Bei der Arbeit an dem Buch lernte Modi, große Mengen an Informationen zu sichten, ein Projekt bis zum Abschluss durchzuhalten und sein eigenes Tempo zu bestimmen, um langfristige Ziele zu erreichen – Eigenschaften, die sich in seiner aktuellen Position als nützlich erwiesen haben.

„Ich habe großen Respekt und Bewunderung für Dr. Pomeroys Einsicht“, sagte Modi. „Sein Labor bot mir den sicheren Raum und die Möglichkeit, meine Leidenschaft für die analytische Chemie zu entdecken und zu entwickeln, was nun zu einem Job geführt hat, der mir sehr viel Spaß macht.“

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