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„Die Menschen müssen bewusster mit Plastik umgehen. Warum sind Plastiktüten ein Problem? Weil man sie einfach wegwirft. Wenn man sich des Problems wirklich bewusst wäre, würden Plastiktüten nicht in der Umwelt landen“, sagt Prof. Jean-Marie Lehn voller Überzeugung.

Der französische Chemiker ist jetzt in seinen Achtzigern. Aber er ist rüstig wie eh und je und teilt immer noch gern sein Wissen und geht seiner Leidenschaft nach. Die Wissenschaft bleibt nicht stehen, und sie hat auch nicht die Absicht das zu tun. Er war einer der Redner bei den Brightlands Polymer Days 2021.

Die Brightlands Polymer Days sind eine dreitägige Konferenz über Wissenschaft und Technologie im Bereich der Polymere. Die belgische Polymergruppe, KNCV Division Macromolecular, PTN, die ehemaligen Dutch Polymer Days und die Brightlands Rolduc Polymer Conference sind die Organisatoren. Das Thema der diesjährigen Konferenz lautete „Innovative Polymermaterialien für eine nachhaltige Zukunft“.

Prof. Dr. Jean-Marie Lehn hielt einen Plenarvortrag über Dynamic Adaptive Materials. Er ist einer der Pioniere der supramolekularen Chemie. 1969 entdeckte er Kryptomoleküle, also Moleküle, die in der Lage sind, durch chemische Reaktionen chemische Verbindungen zu erzeugen, die biologische Prozesse beeinflussen. Hierfür erhielt er 18 Jahre später den Nobelpreis.

Natürlich spielt auch das unbedachte Verhalten von Einzelpersonen eine Rolle. Aber der Anstoß zur Umstellung auf nachhaltigere Materialien muss von politischen Entscheidungsträgern ausgehen. „Die Politik hat einen großen Einfluss. Wenn man in Supermärkten keine Plastiktüten mehr kaufen kann, die nicht biologisch abbaubar sind, wird sich die Wahrnehmung ändern. Die Leute werden dann wahrscheinlich bereit sein, beim Einkauf im Supermarkt 10, 20 oder 30 Cent mehr für eine biologisch abbaubare Tüte zu bezahlen“, erklärt Lehn.

Verschmutzung durch Plastik

Seit der Entdeckung des Kunststoffs haben seine Eigenschaften ihn zum Material der Wahl für Tausende von Anwendungen gemacht. Mit der zunehmenden Nutzung hat auch die Verschmutzung durch Plastik zugenommen. Nach Angaben von Our World in Data betrug der Anteil der Niederlande an der Plastikmenge in den Ozeanen im Jahr 2019 nicht weniger als 271 Tonnen. Deutschland spielt eine besonders unrühmliche Rolle. Bei der produzierten Menge an Plastik liegt es nach China und den USA auf Platz drei weltweit. Neue Lösungen sind gefragt. Diese könnten aus den Entdeckungen stammen, die Lehn vor Jahrzehnten gemacht hat.

Auf die Frage nach einer einfachen Definition der supramolekularen Chemie antwortet der französische Wissenschaftler: „molekulare Soziologie“. Moleküle verhalten sich in der Tat anders, wenn sie mit anderen Molekülen interagieren. „Ein einfaches, einzelnes Wassermolekül kann weder kochen noch gefrieren. Ein Glas Wasser jedoch kann es. Neue Eigenschaften entstehen, weil Moleküle zusammengekommen sind, weil sie interagieren“, erklärt Lehn.

„Wenn sie isoliert sind, haben Moleküle bestimmte Eigenschaften. Aber wenn sie mit anderen Molekülen interagieren, verhalten sie sich anders, genau wie der Mensch.“ 1990 begann der französische Chemiker mit einem neuen Forschungszweig, der konstitutionellen dynamischen Chemie (CDC). Aufbauend auf den Annahmen der supramolekularen Chemie verändert dieser Ansatz die Art und Weise, wie Substanzen betrachtet werden.

Dynamische Polymere

Polymere – Materialien, die aus Makromolekülen bestehen, welche aus Monomeren gebildet werden – sind die Grundlage vieler Materialien wie Glas, Kunststoff und Papier. Dynamere sind das Ergebnis der Anwendung der CDC-Prinzipien auf die Polymerwissenschaft. Es handelt sich also um dynamische Polymere, die 2005 von Prof. Dr. Lehn vorgestellt wurden.

„Polymere haben starke Bindungen – kovalente Bindungen – zwischen den Monomeren. Als wir die Dynamere entwickelten, war die Idee, sie dynamisch zu machen. Wir wollten Polymere haben, deren Bindungen nicht irreversibel sind, die gebrochen werden können und die durch den Austausch von Segmenten ein Gleichgewicht finden können“, erklärt Lehn.

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Im Anschluss an die Erforschung der Dynamisierung zeigte ein japanisches Unternehmen Interesse und ging eine Kooperation mit der Universität Straßburg ein.

„Die Wissenschaftler in dieser Studie stellten eine große Menge dieser Materialien her und stellten fest, dass es möglich war, ihre Abbaudauer zu regulieren. Das Problem ist, dass sie noch recht teuer sind“, erklärt Lehn weiter.

Diese Technologie ermöglicht eine flexible Struktur, mit der eine genauere Lebensdauer je nach Verwendung des jeweiligen Produkts festgelegt werden kann. Zum Beispiel können Windeln so hergestellt werden, dass sie nur ein paar Tage halten.

Beim Übergang zur Verwendung nachhaltigerer Materialien weist Professor Lehn darauf hin, dass die Regierungen die Menschen davon überzeugen müssen, diese zu verwenden, und dass sie strengere Maßnahmen ergreifen müssen. „Als der französische Premierminister verkündete, dass man in einem Restaurant nur noch essen darf, wenn man geimpft ist, haben sich viele Menschen schnell impfen lassen. Das ist ein guter Weg, um die Leute zu überzeugen“, so Lehn.

Herz-Implantate

Nach den Prinzipien der supramolekularen Chemie hat das Eindhovener Unternehmen Xeltis biokompatible Polymere entwickelt, die jetzt als Herz-Implantate für Kinder verwendet werden. Diese Klappen helfen Babys, die unter schweren angeborenen Herzfehlern leiden. „Wir haben superradikale Polymere bereits 1990 eingeführt, es hat also 30 Jahre gedauert, bis wir soweit waren. Es hat lange gedauert, aber jetzt ist es endlich soweit. Und jetzt hat diese medizinische Komponente die Eigenschaften, dass sie vom Gewebe aufgenommen und abgebaut werden kann“, meint Lehn.

Der Übergang zu einer plastikfreien Welt wird große Anstrengungen erfordern. Biokunststoffe könnten eine praktikable Option auf dem Weg zu einem nachhaltigeren Modell sein. Die Eigenschaften und die Bequemlichkeit von Kunststoff machen ihn heute fast unersetzlich. Deshalb ist es nicht zielführend, Plastik zum Sündenbock zu machen.

„Es werden weitere nachhaltige Kunststoffe benötigt. Manchmal sagen die Leute: ‚Lass uns wieder Glas nehmen‘. Aber Glas ist schwer. Es kostet viel Energie, sie von der Produktionsstätte zu den Geschäften zu bringen. Kunststoff hingegen ist sehr leicht, so dass weniger Energie benötigt wird. Aber wir müssen immer sorgfältig damit umgehen und die Kosten der Wiederverwendung berücksichtigen“, so Lehn abschließend.

Kollaboration

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