Hightech-Kunststoff aus Holzabfällen

Kurz & Knapp

Polyamide sind Hochleistungskunststoffe, die bislang vorwiegend aus Erdöl hergestellt werden.
Ein Straubinger Forschungsteam setzt auf grüne Chemie: Es gewinnt aus einem Reststoff der Zellstoffindustrie das Molekül 3-Caren. Durch chemische Tricks lässt sich daraus ein Polymer erzeugen.
Das biobasierte Polyamid lässt sich wirtschaftlich und umweltschonend herstellen. Zudem verfügt der Kunststoff über interessante Eigenschaften.

Biobasiertes Polyamid mit neuen Funktionen

Es ist ein Beispiel für grüne Chemie – also die Gewinnung von Chemikalien aus biobasierten Rohstoffen: Ein Straubinger Forschungsteam hat eine neue Klasse von Biokunststoffen entwickelt. Die Polymere basieren auf chemischen Bausteinen, die aus Terpentinöl, einem Rest der Zellstoffindustrie gewonnen werden.

Chemikalien haben nur einen vergleichsweise kleinen Anteil am weltweiten Erdölverbrauch, doch auch für sie sucht die chemische Industrie mittelfristig biobasierte Alternativen. Schwierig ist das bislang unter anderem für Polyamide. Der Einsatz dieser Hochleistungskunststoffe reicht vom Kleidungsstück bis zum Automobil, doch bis auf einige wenige Polyamide aus Rizinusöl gibt es kaum Alternativen zum Rohstoff Erdöl.

Ein Team der Fraunhofer-Gesellschaft und der Technischen Universität München unter Leitung von Chemiker Volker Sieber hat nun eine neue Klasse von Polyamiden entwickelt, die auf pflanzlichen Rohstoffen basiert, ohne mit Nahrungsmitteln in Konkurrenz zu stehen.

Hitzestabile Molekülketten

Grundlegender Baustein des neuen Polyamids ist 3-Caren, ein Kohlenwasserstoff, dessen Atome zu zwei Ringen angeordnet sind. Dieses Molekül haben die Forscher so angepasst, dass bei seiner Verkettung jeweils ein Ring seitlich von der Kette absteht. Diese Struktur verleiht der neuen Polyamid-Familie Eigenschaften, über die etabliere Polyamide nicht verfügen: Das Polymer hält deutlich höheren Temperaturen stand, bevor es aufweicht.

Außerdem lassen sich je nach Reaktionsbedingungen und Katalysatoren wahlweise transparente oder teilkristalline Produkte damit herstellen. Möglich macht das die Struktur des Caren, die auf dessen pflanzlicher Herkunft beruht und die sich aus Erdöl nur mit hohem Aufwand herstellen ließe.

So sieht die Struktur des Grundbausteins des neuen Biopolyamids Poly-3S-Caranamid aus. © Paul Stockmann / TUM

Mehrere Synthese-Schritte in einem Reaktor

Ein weiterer Vorteil: Die Herstellung erfolgt zwar in mehreren Schritten, kann aber im gleichen Reaktor stattfinden. Eine solche Ein-Topf-Reaktion vereinfacht den Prozess und spart Kosten. Nicht zuletzt wird das 3-Caren mit überschaubarem Aufwand aus Terpentinöl gewonnen. Dieses entsteht als Nebenprodukt in der Zellstoffindustrie, wenn aus harzreichem Holz Cellulosefasern gewonnen werden. Bislang wird das Öl lediglich verbrannt.

Noch liegt die Ausbeute des Verfahrens bei ca. 25 Massenprozent. Doch der Prozess lässt sich einfach in einen größeren Produktionsmaßstab skalieren. Am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik in Straubing laufen bereits die Forschungsarbeiten für eine höhere Prozesseffizienz.

Weitere Informationen

Pressemitteilung: Eine echte Alternative zum Erdöl

In Kooperation mit bioökonomie.de

Wissenschaftsjahr 2020/21 - Bioökonomie

Das Wissenschaftsjahr 2020/21 widmete sich dem Thema Bioökonomie. Knapper werdende Ressourcen und Nutzflächen bei gleichzeitig wachsender Weltbevölkerung, Klimawandel und Rückgang der Artenvielfalt – all dies sind globale Herausforderungen. Eine Umstellung ist daher notwendig: weg von einer Wirtschaftsform, die auf fossilen Ressourcen basiert, hin zu einer nachhaltigen, biobasierten Wirtschaftsweise – der Bioökonomie. Die Wissenschaft treibt diese Innovationen voran und sorgt dafür, dass Mikroorganismen, Proteine, Algen und weitere „kleine Helden“ der Bioökonomie große Wirkung entfalten. Bürgerinnen und Bürger wurden aufgefordert, diesen Wandel im Dialog mit Wissenschaft und Forschung und im Rahmen zahlreicher Diskussions- und Mitmachformate im Wissenschaftsjahr aktiv mitzugestalten.