Eine Studie unter der Leitung des Teams von Jeremy Luterbacher an der EPFL stellt nun einen bahnbrechenden Ansatz zur Herstellung von Hochleistungskunststoffen aus erneuerbaren Ressourcen vor. Die Forschungsarbeit stellt eine neuartige Methode zur Herstellung von Polyamiden vor – einer Kunststoffklasse, die für ihre Festigkeit und Haltbarkeit bekannt ist und zu deren bekanntesten Vertretern Nylons gehören – bei der ein Zuckerkern aus landwirtschaftlichen Abfällen verwendet wird.
Die neue Methode nutzt eine erneuerbare Ressource und erreicht diese Umwandlung effizient und mit minimalen Umweltauswirkungen.
Polyamide aus Biomasse
„Typische Kunststoffe auf fossiler Basis benötigen aromatische Gruppen, um ihren Kunststoffen Steifigkeit zu verleihen - dies verleiht ihnen Leistungseigenschaften wie Härte, Festigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit“, sagt Luterbacher. „Hier erhalten wir ähnliche Ergebnisse, verwenden aber eine Zuckerstruktur, die in der Natur allgegenwärtig und im Allgemeinen völlig ungiftig ist, um Steifigkeit und Leistungseigenschaften zu erzielen.“
Lorenz Manker, der Hauptautor der Studie, und seine Kollegen entwickelten ein katalysatorfreies Verfahren zur Umwandlung von Dimethylglyoxylat-Xylose, einem stabilisierten Kohlenhydrat, das direkt aus Biomasse wie Holz oder Maiskolben gewonnen wird, in hochwertige Polyamide. Das Verfahren erreicht eine beeindruckende Atomeffizienz von 97 Prozent, was bedeutet, dass fast das gesamte Ausgangsmaterial im Endprodukt verwendet wird, was den Abfall drastisch reduziert.
Vielversprechende Alternative für verschiedene Anwendungen
Die biobasierten Polyamide weisen Eigenschaften auf, die mit denen ihrer fossilen Gegenstücke konkurrieren können, und bieten eine vielversprechende Alternative für verschiedene Anwendungen. Darüber hinaus zeigten die Materialien eine erhebliche Widerstandsfähigkeit über mehrere Zyklen des mechanischen Recyclings hinweg und behielten ihre Integrität und Leistung bei, was ein entscheidender Faktor für das Management des Lebenszyklus nachhaltiger Materialien ist.
Die potenziellen Anwendungen für diese neuartigen Polyamide sind vielfältig und reichen von Automobilteilen bis hin zu Konsumgütern, die alle einen deutlich reduzierten Kohlenstoff-Fußabdruck aufweisen. Die technisch-ökonomische Analyse und die Lebenszyklusbewertung des Teams lassen darauf schließen, dass diese Materialien preislich mit herkömmlichen Polyamiden, einschließlich Nylons (zum Beispiel Nylon 66), konkurrieren könnten, und das bei einem um bis zu 75 Prozent geringeren Treibhauspotenzial.
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