Abfälle aus Styropor bieten normalerweise keine Angriffsfläche für Mikroben oder chemische Zerkleinerungswerkzeuge; deshalb sind sie praktisch nicht abbaubar. Überzieht man sie allerdings mit einer speziellen Schicht aus einem Eiweiß und einem Katalysator, dann lassen sich Sollbruchstellen in das hochbeständige Material einbauen. Eine Methode, wie das günstig und effizient funktioniert, hat ein Aachener Forschungsteam jetzt entwickelt.

Das Team um Ulrich Schwaneberg und Jun Okuda von der RWTH Aachen nahm den Abbau von Mikropartikeln aus Polystyrol ins Visier. Den Kunststoff findet man vor allem in Form von Styropor als Verpackungsmaterial oder in Dämmungen. Reines Styropor kann – sofern es nicht mit anderen Plastikabfällen verunreinigt ist – relativ gut recycelt werden. Meist liegen die Abfälle aber gemischt mit anderen Kunststoffsorten vor, und auch in anderen Abfällen finden sich oft Mikropartikel aus dem Material. In dieser Form kann Polystyrol nicht abgebaut oder recycelt werden.

Lange Ketten ohne Angriffsfläche

Der Kunststoff besteht aus langen Ketten von Styrol-Bausteinen, die sich aneinanderreihen. Weil in den Ketten nur Kohlenstoff und Wasserstoff vorkommen, bietet er Enzymen keine Angriffspunkte für deren Werkzeuge. Ähnlich sieht es mit chemischen Reagenzien aus, die meist polar sind und an den unpolaren Kohlenwasserstoffketten nicht ansetzen können. Bestimmte kurze Eiweißketten – genannt Ankerpeptide – haften allerdings gut an solchen glatten Oberflächen, indem sie elektrostatische oder hydrophobe Wechselwirkungen ausbilden. Die Forschungsgruppe aus Aachen hatte bereits 2011 ein solches Ankerpeptid entwickelt: LCI, kurz für »liquid chromatography peak I«, liefert für Polystyrol besonders gute Ergebnisse – ein Gramm des Peptids genügt, um 654 Quadratmeter Polystyrol-Oberfläche innerhalb von Minuten mit einer ein Molekül dicken Schicht zu umhüllen.

Dieses Ankerpeptid nutzte die Gruppe nun als Vehikel für den Katalysator. Über ein chemisches Verbindungsstück bauten die Fachleute einen speziellen Kofaktor an das Eiweiß an: Er enthält einen Kobalt-Kern, der über vier Stickstoffatome an einen Makrozyklus (1,4,7,10-Tetraazacyclododecan) gebunden ist. Ist ein Oxidationsmittel vorhanden, fügt der Katalysator OH-Gruppen selektiv an einer bestimmten Stelle in der Polystyrol-Kette ein.

Als Oxidationsmittel nutzten die Aachener Kaliumperoxomonosulfat, das unter dem Namen Oxon bekannt ist. Das Team tauchte nun einen Mikrometer große Partikel aus Polystyrol für 16 Stunden bei Raumtemperatur in die Reaktionsmischung, die das Ankerpeptid mit dem Kobaltkomplex sowie das Oxidationsmittel enthielt. Nach 16 Stunden war die Reaktion fertig: Auf 1000 Styroleinheiten kamen 50 bis 60 Alkoholgruppen. Das ist 12- bis 15-mal effizienter, als die Mikropartikel ohne Behandlung mit dem Ankerpeptid in eine Lösung aus Katalysator und Oxidationsmittel zu tauchen, schreibt das Team in seiner Veröffentlichung.

Die Ergebnisse lassen hoffen, dass sich damit Verunreinigungen mit Kunststoffen – gerade auch Mikroplastik – künftig behandeln lassen. Sehr wahrscheinlich lasse sich das Konzept auf andere Massenkunststoffe wie Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE) ausweiten, schreiben die Fachleute. Polyethylen und Polypropylen sind die Kunststoffe mit den höchsten Produktionsmengen weltweit.