Einfache Kunststoffe aus Polyolefinen wie Folien oder Tragetaschen sind heute aus unserem Alltag kaum mehr wegzudenken, werden jedoch kaum recycelt. Jun.-Prof. Robert Geitner will diesen Lebensmittelverpackungen ein neues Leben schenken. An seinem Fachgebiet Physikalische Chemie/Katalyse erforscht er neue Anwendungspotenziale der Materialien. Seine Vision: aus dünnen Plastikfolien Kevlarwesten machen.
Ob Frischhaltefolie, Tragetasche oder Milchkarton – so sehr Verpackungen wie diese unseren Alltag erleichtern, so sehr schaden sie auch unserer Umwelt. Materialien auf Polyolefine-Basis, zu denen das Polyethylen (PE) und das Polypropylen (PP) gehören, werden aktuell kaum recycelt. Diese langlebiger und umweltfreundlicher zu machen – auf dieses Ziel arbeitet der Chemiker Jun.-Prof. Robert Geitner jeden Tag hin. Der Leiter des Fachgebiets Physikalische Chemie/Katalyse an der TU Ilmenau erforscht einfache Kunststoffverbindungen, so genannte Polyolefine. Sie werden aus Öl oder Erdgas produziert, aufgrund ihrer elastischen und belastbaren Eigenschaften besonders häufig in Lebensmittelverpackungen oder der Bauindustrie eingesetzt und schließlich in Deponien gelagert oder verbrannt. Der junge Professor möchte daher ein Verfahren entwickeln, das es ermöglicht, Plastik in einem großen Maßstab wiederzuverwenden. Seine Vision: Plastikfolien in Kevlarwesten umwandeln.
Kleidung, Mehrwegbehälter oder Gummireifen – für Prof. Geitner sind viele Wiederverwertungen von Kunststoffverpackungen aus Polyolefinen denkbar. Das, was das Recycling der Stoffe jedoch aktuell noch schwierig mache, seien zum einem fehlende ökonomische Anreize und zum anderen ihre hohe chemische Beständigkeit, erklärt der Juniorprofessor:
Die Materialien sind sehr lange haltbar und derzeit gibt es keine Mikroorganismen, die sie zersetzen können. Das bedeutet, sie verbleiben jahrelang in unserer Umwelt, verschmutzen unsere Natur und Meere. Oftmals werden die Stoffe mechanisch zerkleinert, bis sie als Mikroplastik in unseren Nahrungskreislauf hineingelangen – mit Folgen für unsere Gesundheit und Umwelt.
Die chemischen Eigenschaften der Polyolefine machen ein Recycling der Kunststoffe schwer, denn Polyolefine gelten als träge und reagieren nicht mit vielen Stoffen. Ihre chemischen Bindungen sind sehr stabil und es bedarf einer großen Energie, um sie aufzubrechen und zu verändern – eine Hürde, die Prof. Geitner mit Hilfe der Katalyse, einem chemischen Verfahren, bei dem die Geschwindigkeit und der Energiebedarf einer chemischen Reaktion beeinflusst wird, überwinden möchte:
Unser Ansatz ist, die Struktur der Polyolefine gezielt und energiesparend aufzubrechen und sie mit anderen funktionellen Molekülgruppen anzureichern. Unser Ziel ist, dadurch neue noch stabilere Moleküle zu bilden.
So könnten die Kunststoffverpackungen nicht nur weiterverwertet, sondern auch wertvolle knappe Rohstoffe gespart werden, sagt der Chemiker.
In einer Reihe von Experimenten will Prof. Geitner unter kontrollierten Bedingungen die Reaktion der Polyolefine mit verschiedenen Molekülen, die als Katalysatoren fungieren, testen. Abhängig davon, ob und wie schnell sich neue Molekülverbindungen bilden, kann der Wissenschaftler die optimale molekulare Struktur des optimalen Katalysators bestimmen. Hierfür setzt er Künstliche Intelligenz ein, mit deren Hilfe er neue potenzielle Moleküle vorhersagen kann. Die computergestützte Auswertung erlaubt es, basierend auf gezielt durchgeführten Experimenten, eine große Zahl verschiedener Stoffe virtuell auf Ihre Eignung als Katalysator zu untersuchen.
Mit seiner Forschung will Prof. Geitner die Folgen von Verpackungsmüll für Umwelt minimieren, fossile Rohstoffe schonen und zur Etablierung einer Kreislaufwirtschaft beitragen:
Ich möchte ein Verfahren entwickeln, in dem Kunststoffe in der Kreislaufwirtschaft für vielfältige Anwendungen umgewandelt werden können. Ich hoffe das ist schon in 20 bis 30 Jahren, wenn sich die Kreislaufwirtschaft in Deutschland und weltweit durchgesetzt hat, möglich.
Prof. Robert Geitner im Chemielabor
Jun.-Prof. Robert Geitner
Leiter des Fachgebiets Physikalische Chemie/Katalyse