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Für die einen ist es ein Umweltgift, für die anderen Grundnahrung: Die organische Verbindung Phenol entsteht bei einer Reihe von Industrieprozessen als problematisches Nebenprodukt, doch manche Mikroorganismen können das für Menschen ätzende und organschädigende kristalline Pulver als Kohlenstoffquelle verwenden. Einer dieser Mikroorganismen ist die zu den Archaeen zählende Art Saccharolobus solfataricus, dessen Umgang mit Phenol nun ein Forschungsteam genau analysiert hat – denn das Potenzial, diesen Prozess industriell zu nutzen, ist groß.

Stoffwechselweg und beteiligte Enzyme beschrieben

Wie die Forschenden um Meina Neumann-Schaal vom Leibniz-Institut DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH in Braunschweig im Fachjournal „Frontiers in Microbiology“ berichten, kann S. solfataricus mit Phenol als einziger Kohlenstoffquelle überleben, die Verbindung abbauen und daraus eigene Biomasse aufbauen. Den zugrundeliegenden Stoffwechselweg hat das Team nun erstmals genau beschrieben und auch die wahrscheinlich daran beteiligten Enzyme zugeordnet.

Die Mikrobe mag es heiß und sauer

Die mittels modernen Methoden der Biochemie gewonnenen Erkenntnisse sind insbesondere für die Textilindustrie und chemische Industrie interessant, wo Phenol als Abfallprodukt anfällt. Zwar sind bereits einige Bakterien und Pilze bekannt, die den Giftstoff auf biologischem Weg abbauen können, doch diese können nur bei moderaten Temperaturen zwischen 20 und 45° C existieren. Das Archaeon hingegen schätzt Temperaturen um 80° C und mag auch saure Umgebungen mit einem pH-Wert von 3,5. Das entspricht eher den Bedingungen, unter denen in der Industrie Phenol anfällt. Für einen mikrobiellen Abbau durch S. Solfataricus müssten die Abfälle daher nicht kosten- und energieintensiv abgekühlt und neutralisiert werden. Außerdem gehören die meisten bakteriellen Alternativen zur Gattung Pseudomonas, die zahlreiche Arten umfasst, die beim Menschen Krankheiten verursachen.

Forschung auf diesem Gebiet ganz am Anfang

„Der Einsatz von Archaea wie Saccharolobus solfataricus könnte die Problematik der Aufarbeitung der industriellen Phenolabfälle umgehen und somit Kosten einsparen“, resümiert die Biochemikerin Meina Neumann-Schaal. „Wir wissen nun, welche Enzyme und Proteine in den Phenolabbau involviert sind und können gezielt bei anderen Archaea danach suchen.“ Unter Umständen gebe es andere Gruppen, die einen noch effizienteren Phenolabbau durchführen können, vermutet die Expertin, denn sicher ist: „Die Forschung auf diesem Gebiet steht noch ganz am Anfang.“

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Die Vereinten Nationen haben im Jahr 2015 mit der Agenda 2030 für nachhaltige Entwicklung die UN-Nachhaltigkeitsziele (Sustainable Development Goals – SDGs) beschlossen. Die Agenda 2030 formuliert 17 Leitziele und umfasst ökologische, ökonomische als auch soziale Aspekte. Eine Vielzahl der globalen Ziele sind für die Bioökonomie relevant. Sie reichen vom Kampf gegen Hunger über Nachhaltigkeit in Produktion und Konsum bis hin zu Klimaschutzmaßnahmen. Mit der Deutschen Nachhaltigkeitsstrategie und der Nationalen Bioökonomiestrategie hat die Bundesregierung die Umsetzung der globalen Nachhaltigkeitsziele hierzulande auf die politische Agenda gesetzt. Das „Wissenschaftsjahr 2020/21 - Bioökonomie“ rückt in seinem zweiten Jahr nun die UN-Nachhaltigkeitsziele ins Rampenlicht.

Beitrag der Bioökonomie für die SDGs beleuchten

„Die wachsende Weltbevölkerung benötigt immer mehr Nahrungsmittel und Rohstoffe, und gleichzeitig müssen wir Klima, Umwelt und Artenvielfalt schützen. Die Bioökonomie setzt auf Technologieoffenheit, Innovationsfreude und Hightech und bietet deshalb entscheidende Potenziale zur Erreichung der international vereinbarten Nachhaltigkeitsziele. Wo diese Potenziale konkret liegen, wollen wir im Wissenschaftsjahr 2021 näher beleuchten“, so Bundesforschungsministerin Anja Karliczek.

Das auf Grund der Pandemie um ein Jahr verlängerte Wissenschaftsjahr beleuchtet die für die Bioökonomie relevanten elf SDGs, und welchen Beitrag die Bioökonomie schon heute zur Erfüllung der Nachhaltigkeitsziele leisten kann. Die bioökonomischen Innovationen reichen von neuen Materialien wie Bau- und Dämmstoffe aus Pflanzenfasern über Algen als Kerosinersatz bis hin zu Insekten als Nahrungs- und Futtermittel sowie neuen Techniken für die Züchtung widerstandfähiger Pflanzen. „Auf diese Weise können wir das Welthungerproblem lindern helfen, Klima und Umwelt schonen und gleichzeitig Wertschöpfung und neue Arbeitsplätze generieren“, erklärt Karliczek.

„Zeigt eure Forschung!“, das ist das zentrale Motto des Hochschulwettbewerbs, der in jedem Wissenschaftsjahr dazu dient, die Aktivitäten der deutschen Hochschulen stärker in die Öffentlichkeit zu tragen. Weil das Wissenschaftsjahr der Bioökonomie aufgrund der Pandemie in die Verlängerung gegangen ist, gibt es nun eine zweite Runde von Projekten zur Bioökonomie, die durch den Veranstalter „Wissenschaft im Dialog“ in diesem Jahr gefördert werden.

10.000 Euro, Workshops und Schulungen

Nach 15 Projekten im vergangenen Jahr stehen nun weiteren zehn Projekten jeweils 10.000 Euro zur Verfügung, um ihre Ideen umzusetzen. Hinzu kommen Workshops und Schulungen zur Wissenschaftskommunikation. Hier sollen die jungen Forschenden lernen, ihre Arbeit der Öffentlichkeit näherzubringen. Inhaltlich deckt die Auswahl der Jury das breite Spektrum der Bioökonomie ab: vom Privaten bis zum Unternehmerischen, von Landwirtschaft bis Baubranche. Auch regional sind die erfolgreichen Teams über Deutschland verteilt: von Flensburg bis Nürnberg, von Aachen bis Berlin.

Bilanz zum Jahresende

Zunächst erwartet die Teilnehmenden der erste Workshop. Er findet in zwei Teilen und aufgrund der Pandemie online statt. Dabei werden sie sich auch mit den Teams der ersten Förderrunde austauschen können. Am Jahresende wird dann eine Jury entscheiden, welches Projekt sich besonders bewährt hat und am erfolgreichsten die Auseinandersetzung der Gesellschaft mit seinem Thema anstoßen konnte.

"Show your research!" is the central motto of the university competition, which is held every Science Year to raise public awareness of the activities of German universities. Since the Bioeconomy Science Year was extended due to the pandemic, there is now a second round of projects on the bioeconomy funded by the organizer Wissenschaft im Dialog" ("Science in dialogue").

10,000 euros, workshops and training

On top of last year's 15 projects, another ten projects now have 10,000 euros each to implement their ideas. They will also receive training on science communication in order to teach the young researchers how to communicate their work to the public. In terms of content, the jury's selection covers the broad spectrum of the bioeconomy: from the private to the entrepreneurial, from agriculture to the construction industry. The successful teams are also regionally spread across Germany: from Flensburg to Nuremberg, from Aachen to Berlin.

Review at the end of the year

For the winners, it starts with the first workshop, which will be held in two parts and online due to the pandemic. They will also be able to exchange ideas with the teams from the first funding round. At the end of the year, a jury will decide which project has proved particularly successful and has been most successful in triggering society's debate on its topic.

Seien Sie neugierig und entdecken Sie, was sich hinter den Plus- und Play-Buttons verbirgt. Diese Ausstellung lässt sich am besten in einem Desktop- oder Tablet-Browser betrachten!

Wir wünschen jede Menge Spaß!

Our exhibition takes up these developments in a playful way and shows two imaginary worlds in which products and processes of the bioeconomy are fully integrated into everyday life. Be curious and discover what is hidden behind the plus and play buttons. This exhibition is best viewed in a desktop or tablet browser!

Ob auf dem Feld oder im Silo: Getreide ist anfällig für Schadinsekten. Zum Schutz von Weizen und Co. werden daher oft chemische Insektizide genutzt. Ein gängiges Insektizid bei der Getreidelagerung ist Imidacloprid. Dabei handelt es sich um ein Insektengift, das zur Gruppe der Neonicotinoide zählt und wegen seiner umweltschädigenden Folgen umstritten ist. Forschende vom Senckenberg Deutsches Entomologisches Institut in Müncheberg haben gemeinsam mit Partnern aus Pakistan und Griechenland nun eine nachhaltige Alternative parat.

Kieselerde und Bodenpilz gegen Schadinsekten getestet

Im Rahmen einer Studie untersuchte das Team, inwiefern Naturstoffe das Insektizid Imidacloprid bei der Getreidelagerung ersetzen könnte. Zum Einsatz kamen Kieselerde – ein aus Kieselalgen gewonnener Stoff, der traditionell zur Kräftigung von Haaren und Nägeln als Nahrungsergänzungsmittel genutzt wird – sowie der parasitäre Pilz Beauveria bassiana, der auf natürlichen Böden lebt und Schadinsekten abtöten kann. Für Wirbeltiere ist der Pilz ungefährlich. Schadinsekten wie die Kirschessigfliege kommen gegen den Parasiten jedoch nicht an. Denn die Sporen des Pilzes haften an der Haut des Schädlings, dringen nach der Keimung in den Wirt ein und breiten sich dort aus, was zum Tod des Insekts führt.

In der Studie haben die Forschenden nicht nur die Wirkung von Kieselerde und Pilz auf verschiedene Schadinsekten untersucht. Auch das Insektizid Imidacloprid wurde in Kombination mit Beauveria bassiana als Schutzmittel für Getreide getestet. „Wir haben die Behandlung mit Kieselerde, dem Insekten tötenden Pilz Beauveria bassiana und dem Insektizid Imidacloprid sowie Zweier-Kombinationen dieser drei Schutzmittel über verschiedene Zeiträume getestet und verglichen wie viele und welche Schadinsekten nach der Behandlung überlebten“, erläutert Waqas Wakil von der University of Agriculture in Pakistan und Erstautor der Studie das Vorgehen.

Naturstoff-Kombi überzeugt bei langer Lagerung

Getestet wurden die Kombinationen an vier Schadinsekten: Getreidekapuziner, Rotbrauner Reismehlkäfer, Rotbrauner Leistenkopfplattkäfer und Staublaus. Hier zeigte sich, dass die Kombinationen Kieselerde und Pilz sowie Insektizid und Pilz besser gegen Schadinsekten wirkten als das Insektizid allein. Bei der Langzeitwirkung jedoch lag die Naturstoff-Kombination – auch zur Überraschung der Forschenden  – eindeutig vorn. „Ab einer Lagerungsdauer von 150 bis 180 Tagen war der mit Kieselerde und Beauveria behandelte Weizen sogar am wenigsten mit Schädlingen befallen! Getreide wird häufig über ein halbes Jahr gelagert – die von uns getesteten, natürlichen Schädlingsbekämpfungsmittel könnten demnach eine gute Alternative zu chemischen Insektiziden sein“, resümiert Thomas Schmitt vom Senckenberg Deutsches Entomologisches Institut in Müncheberg.

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Whether in the field or in the silo, grain is susceptible to insect pests. Therefore, chemical insecticides are often used. A common insecticide used in grain storage is imidacloprid, which belongs to the group of neonicotinoids and is considered controversial because of its environmentally harmful effects. Researchers from the Senckenberg German Entomological Institute in Müncheberg, together with partners from Pakistan and Greece, have now found a sustainable alternative.

Silica and soil fungus tested against insect pests

As part of a study, the team investigated the extent to which natural substances could replace the insecticide imidacloprid in grain storage. The compounds used were silica - a substance derived from diatoms that is traditionally used as a dietary supplement to strengthen hair and nails - and the parasitic fungus Beauveria bassiana, which lives in natural soils and can kill insect pests. For vertebrates the fungus is harmless, however, insect pests such as the cherry vinegar fly are helpless against the parasite. This is because the spores of the fungus stick to the skin of the pest, penetrate the host after germination and spread there, leading to the death of the insect.

In the study, the researchers investigated not only the effects of silica and fungus on various insect pests, but also the crop protection potential of the insecticide imidacloprid in combination with Beauveria bassiana. "We tested treatment with silica, the insect-killing fungus Beauveria bassiana and the insecticide imidacloprid, as well as two-way combinations of these three protectants over different periods of time and compared how many and which insect pests survived after treatment," explained Waqas Wakil of the University of Agriculture in Pakistan and lead author of the study.

Natural substance combination convinces during long storage

The combinations were tested on four insect pests: lesser grain borer, red flour beetle, rusty grain beetle and booklice. This showed that the combinations of silica and fungus and insecticide and fungus were more effective against insect pests than the insecticide alone. In terms of long-term efficacy, however, the natural substance combination was clearly ahead - to the surprise of the researchers. "From a storage period of 150 to 180 days, the wheat treated with silica and Beauveria was even the least infested with pests. Grain is often stored for more than half a year - the natural pesticides we tested could therefore be a good alternative to chemical insecticides," summarizes Thomas Schmitt from the Senckenberg German Entomological Institute in Müncheberg.

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Wenn es technisch und chemisch möglich ist auf Fleisch zu verzichten, sollte genau das versucht werden, findet Tiermediziner Martin Frettlöh und forscht mit Thomas Kirner von der Hochschule Hamm-Lippstadt und Tanja Haag vom Quh-Lab Institut für Lebensmittelsicherheit an der Möglichkeit Apfeltrester – Pressrückstände aus der Apfelsaftproduktion – für die Produktion eines nachhaltigen Fleischersatzes zu verwenden.

Schweinefleisch statt Schweinefutter

Aus regionalen Abfallprodukten eine vitamin- und proteinreiche Masse fermentieren, die als Fleischersatz funktioniert, geschmacklich in der breiten Bevölkerung Anklang findet und damit eine gelungene Alternative zur Massentierhaltung darstellt, darin liegt das Ziel der Forschung.

Die Entscheidung, Apfeltrester als Basis der Produktion zu nutzen, stellt einen zusätzlichen Nachhaltigkeitsfaktor dar: Während bspw. für die Tierfuttermittelproduktion massenweise Soja angebaut werden muss, welches maßgeblich zur Rodung des Regenwaldes beiträgt, ist das Abfallprodukt direkt verfügbar. Um daraus nun einen gesunden und nachhaltigen Fleischersatz herzustellen, werden Pilze eingesetzt, die die Apfelmasse verzehren und die benötigten Proteine darauf aufbauen.

Marktreife

Im kleinen Maßstab ist die Herstellung des Fleischersatzes aus Apfelresten schon gelungen, an Konsistenz und Geschmack möchten die Forscher jedoch noch arbeiten, bevor es in eine umfangreichere Produktion geht. Einige Jahre an Forschung wird es darum noch dauern bis der Fleischersatz aus Apfeltrester auf den Markt kommt.

As soon as it is technically and chemically possible to do without meat, that is exactly what should be done, says veterinarian Martin Frettlöh. Together with Thomas Kirner from Hamm-Lippstadt University of Applied Sciences and Tanja Haag from the Quh-Lab Institute for Food Safety, he is researching the possibility of using apple pomace – press residues from apple juice production – to produce a sustainable meat substitute.

Pig meat instead of pig feed

The aim of the research is to ferment a vitamin- and protein-rich mass from regional waste products that functions as a meat substitute, appeals to the general public and thus represents a successful alternative to factory farming.

The decision to use apple pomace as the basis for production represents an additional sustainability factor: Compared to, for example, soy, which has to be cultivated on a massive scale for animal feed production and thereby contributes significantly to the clearing of the rainforest, the waste product is directly available. In order to produce a healthy and sustainable meat substitute from it, mushrooms are used that consume the apple mass and build up the required proteins on it.

Market readiness

The researchers have already succeeded in producing the meat substitute from apple pomace on a small scale, but they intend to work on consistency and taste before moving on to more extensive production. It will therefore take several more years of research before the meat substitute made from apple pomace is launched on the market.

Mehr als 100 Meter können manche Bäume in die Höhe wachsen. Wesentlichen Anteil daran hat das Xylem, das im Laufe seiner Entwicklung verholzt und der Pflanze Stabilität verleiht. Nicht nur Bäume, auch andere Pflanzen verdanken ihre Stabilität dem Xylem, das außerdem dem Transport von Wasser und Nährsalzen dient. Zwar ist dieses Leitsystem inzwischen gut untersucht, doch seine Entstehung konnte jetzt erstmals ein deutsch-niederländisches Forschungsteam beobachten, das dazu einen gentechnischen Trick angewandt hat, wie die Fachleute im Journal „Nature Communications“ berichten.

Ein gentechnischer Kniff macht’s möglich

„Ein Problem bei der Aufklärung dieser Mechanismen war bisher, dass das Xylemgewebe von vielen Zellschichten überdeckt ist und nicht direkt beobachtet werden kann“, erklärt René Schneider vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Golm. Um das zu lösen, habe man die Modellpflanze Ackerschmalwand mit einem „Genschalter“ ausgestattet. „Dieser macht es möglich, den Mechanismus der Xylementwicklung von außen gezielt auszulösen und führt dazu, dass alle Zellen in der Pflanze zu Xylemzellen werden“, schildert Schneider. „Insbesondere die Zellen der Epidermis – die äußere Zellschicht – können ausgezeichnet mit Hilfe von hochauflösender Mikroskopie beobachtet werden.“

Synchroner Prozess bestimmt das Cellulose-Muster

Die Grundlage für die Ausbildung des Xylems legen die sogenannten Mikrotubuli. Sie dienen an der Außenseite der Zelle als Gerüst für den Enzymapparat, der dort Cellulosemoleküle anbringt und so die für Xylemzellen typische sekundäre Zellwand bildet. Auf Enzymseite kommt dabei dem Komplex KATANIN zentrale Bedeutung zu, wie die Fachleute nachweisen konnten. In einem eigens entwickelten automatisierten Bildgebungsverfahren konnte das Forschungsteam außerdem dokumentieren, dass sich die Bänder und Spiralen aus Mikrotubuli synchron rund um die Zelle herum anordnen und in den Zwischenräumen abgebaut werden. Ein bis zwei Stunden dauert dieser Prozess, die gesamte Entwicklung hin zu einer voll funktionsfähigen Wasser leitenden Zelle vollzieht sich dann über mehrere Tage.

Chancen für die Pflanzenzüchtung

Die neuen Details sind nicht nur für die Pflanzenforschung spannend, sondern auch für die Pflanzenzüchtung: Durch den Klimawandel sind Pflanzen zunehmend gezwungen, ihren Umgang mit Nährstoffen und Wasser anzupassen und dazu auch ihr Xylem zu verändern. Die nun vorliegende Studie könnte daher helfen, Sorten zu entwickeln, die resilienter gegen die Folgen des Klimawandels sind.

René Schneider will mit einer Forschungsgruppe an der Universität Potsdam in den kommenden Jahren die Entstehung der sekundären Zellwand noch genauer verstehen. Dazu steht eine Förderung der Deutschen Forschungsgemeinschaft in Höhe von 1,3 Mio. Euro zur Verfügung.

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Kaktussamenöl gehört zu den teuersten Pflanzenölen der Welt. Das aus den Samen der Feigenfrucht gewonnene Öl ist reich an ungesättigten Fettsäuren wie Linol- und Ölsäure und enthält zudem sekundäre Pflanzenstoffe wie den Aromastoff Vanillin. Auf Grund ihrer gesunden und natürlichen Inhaltsstoffe sind die Kakteenfrüchte daher für die Ernährungs- und Kosmetikindustrie ein interessanter Kandidat. Forschende vom Max-Ruber-Institut für Sicherheit und Qualität bei Getreide haben nun erstmals die Zusammensetzung der phenolischen Verbindungen von Kaktussamenöl untersucht. Im Fokus stand dabei die Frage, welchen Einfluss das Rösten der Samen auf die Naturstoffe hat.

Öl-Gehalt im Kaktussamenöl eher gering

Die essbaren Früchte vom Feigenkaktus enthalten zahlreiche Samen. Diese sind jedoch relativ leicht und haben im Vergleich zu anderen Pflanzenölen wie Raps- und Sonnenblumenöl mit maximal 15% einen relativ niedrigen Ölgehalt. Die phenolischen Verbindungen im Kaktussamenöl wirken jedoch gegen freie Radikale und somit antioxidativ, sind aber nur in sehr kleinen Mengen vorhanden. Um einen Liter Öl herzustellen sind etwa 30 Kilo Samen nötig.

Für ihre Untersuchung nutzten die Forschenden Kaktussamen von verschiedenen marokkanischen Standorten. Diese Samen wurden dann bei 110° C für 10, 20, 30 und 40 Minuten geröstet, anschließend das Öl abgepresst und daraus die phenolischen Verbindungen isoliert und gemessen. Im Ergebnis wurden sieben phenolische Verbindungen in den Ölen gefunden, wobei drei Substanzen besonders auffielen: Die Aromastoffe Vanillin, Syringaldehyd und Ferulaldehyd wiesen jeweils den höchsten Öl-Gehalt auf – auch wenn die Mengen je nach Standort variierten.

Röstprozess erhöht Phenolgehalt im Öl

Die Forschenden stellten fest, dass der Röstprozess einen entscheidenden Einfluss auf die Anreicherung phenolischer Verbindungen im Kaktussamenöl hat. Ein mildes Rösten der Saaten bei 110° C führte bei zunehmender Röstdauer zu einer deutlichen Zunahme der Substanzen. Vor allem der Gehalt an Ferulaldehyd und Syringaldehyd stieg durch das Rösten über eine Dauer von 40 Minuten stark an. Der Grund: beim Röstprozess kommt es zu einem Abbau des Lignins in der Hülle der Kaktussamen. Die darin enthaltenen phenolischen Verbindungen werden freigegeben und gehen bei der Pressung in das Öl über.

Die Forschenden zeigen damit erstmals einen Weg, wie durch sanftes Rösten der Gehalt der Naturstoffe in dem kostbaren Pflanzenöl gesteigert werden kann. Mit dem Wissen um die Zusammensetzung der phenolischen Verbindungen liefern sie zudem ein Werkzeug, das die Echtheit der Kaktussamenöle sicherstellen kann.

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Plastikmüll ist längst als globales Problem anerkannt, das jedoch weit davon entfernt ist, gelöst zu sein. Recyclingfähige und kompostierbare Kunststoffe sollen ein Teil dieser Lösung sein. Jetzt hat eine Forschungsgruppe eine neue Klasse von recyclingfähigen Kunststoffen entwickelt, die zudem biobasiert ist: Ihre Grundlage bilden aus Pflanzen gewonnene Zucker, konkret Xylose-Moleküle. Ihre Methode stellen die Fachleute im Journal „Angewandte Chemie“ vor.

Xylose als Baustein des Kunststoffs

Wie bei den meisten Kunststoffen handelt es sich auch bei der Neuentwicklung um sogenannte Polymere, die aus der Verkettung einer Vielzahl einzelner Baustein – hier der Xylose – entstehen. Lässt sich diese Verkettung mit einfachen chemischen oder enzymatischen Mitteln wieder lösen, gilt der Kunststoff meist als gut recyclingfähig. Um das zu gewährleisten, hat das Forschungsteam in die Xylose-Bausteine unterschiedliche molekulare Gruppen für die Verknüpfung integriert. Wird das so entstandene Polymer mit Salzsäure behandelt, wie es im Kunststoffrecycling üblich ist, zeigt sich, ob die jeweilige Gruppe ein gutes Recycling ermöglicht. Während das mit einem Kohlenstoffatom als Verbindung nicht der Fall war, führten Stickstoff- und auch Sauerstoffatome zum sofortigen Abbau des Polymers.

Auch Blockcopolymere recyclingfähig

Vorsicht ist jedoch im Fall des Sauerstoffs geboten, denn hier entstehen als Abbauprodukte sogenannte Furane: Es sei bekannt, dass Furanderivate ein breites Spektrum an biologischer Aktivität haben, warnt das Forschungsteam. Das müsse daher bei möglichen Anwendungen für diese Kunststoffe berücksichtigt werden. Außerdem prüften die Fachleute, wie sich sogenannte Blockcopolymere enthalten, die aus der Verbindung mehrere Polymerstränge erzeugt werden. Viele Funktionsmaterialien basieren darauf. Auch hier erwies sich die Säurebehandlung als erfolgreiche Grundlage für ein weitgehendes Recycling: „Nach 24 Stunden war auch der kohlenstoffverknüpfte Block fast vollständig zu kleinen Molekülen abgebaut; nur wenig oligomeres Material blieb übrig“, heißt es in der Studie.

Frachtmoleküle für Medizin- und Sensortechnik

Für bestimmte Zwecke, unter anderem in der Medizin- und Sensortechnik, ist es weiterhin erforderlich, dass die Kunststoffe mit „Fracht“ beladen werden können, zusätzlichen Molekülen, die sich später gezielt abspalten lassen, um eine Funktion zu erfüllen. Für ihren Test integrierten die Fachleute kleine Reportermoleküle, die freigesetzt werden, wenn sich beim Abbau der Polymere Furane bilden. „Diese Art molekularer Fracht ermöglicht eine einfache Quantifizierung der freigesetzten Menge“, erläutert Studienleiter Tae-Lim Choi von der Seoul National University. Das Frachtmolekül könne jedoch durch andere Verbindungen ersetzt werden, die nach ihrer Freisetzung verschiedene Funktionen ausübten.

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Plastic waste has long been recognized as a global problem, but it is far from being solved. Recyclable and compostable plastics are expected to be part of the solution. Now, a research group has developed a new class of recyclable plastics that is also bio-based: Their basis is made of sugars derived from plants, specifically xylose molecules. The experts present their method in the journal "Angewandte Chemie" (“Applied Chemistry”).

Xylose as the building block of the plastic

As with most plastics, this new solution also involves so-called polymers, which are formed by linking a large number of individual building blocks - in this case xylose. If this linkage can be dissolved again by simple chemical or enzymatic means, the plastic is usually considered to be readily recyclable. To ensure this, the research team integrated different molecular groups into the xylose building blocks for linkage. When the resulting polymer is treated with hydrochloric acid, as is common in plastics recycling, it becomes apparent whether the given group enables good recycling. While this was not the case with a carbon atom as a link, nitrogen and also oxygen atoms led to immediate degradation of the polymer.

Block copolymers can also be recycled

Caution is required in the case of oxygen, because so-called furans are formed as degradation products: furan derivatives have a broad spectrum of biological activity, warns the research team. This must be taken into account in possible applications for these plastics. The experts also examined how so-called block copolymers, which are produced by combining several polymer strands, are contained. Many functional materials are based on them. Here, too, acid treatment proved to be a successful basis for extensive recycling: "After 24 hours, even the carbon-linked block was almost completely degraded to small molecules; only a little oligomeric material remained," the study says.

Cargo molecules for medical and sensor technology

For certain purposes, including medical and sensor technology, it is still necessary for the plastics to be able to be loaded with "cargo," additional molecules that can later be specifically cleaved off to perform a function. For their test, the experts integrated small reporter molecules that are released when furans are formed during polymer degradation. "This type of molecular cargo allows easy quantification of the amount released," explained study leader Tae-Lim Choi of Seoul National University. However, he said, the cargo molecule can be replaced by other compounds that perform different functions after they are released.

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