Rutgers-Chemiker Entwickeln Selbstzerstörende Kunststoffe Nach Vorbild Natürlicher Polymere

Die Plastikverschmutzung stellt eine der drängendsten Umweltprobleme des 21. Jahrhunderts dar, da synthetische Polymere über Jahrhunderte in der Umwelt persistieren. Ausgelöst durch die Beobachtung von weggeworfenen Plastikflaschen im Bear Mountain State Park, New York, entwickelte der Chemiker Yuwei Gu von der Rutgers University einen neuartigen Ansatz zur Bekämpfung dieser globalen Herausforderung. Gu stellte die fundamentale Frage, warum künstliche Polymere eine scheinbar unendliche Lebensdauer aufweisen, während lange Molekülketten in der Natur, wie DNA und RNA, einen inhärenten Abbauweg besitzen.

Diese Überlegung führte zu einer chemischen Strategie, die darauf abzielt, Kunststoffe mit programmierbarer Zerfallsgeschwindigkeit zu erschaffen. Die von Gu und seinem Team entwickelte Methode, bekannt als „konformationelle Vororganisation“, ahmt die Funktionsweise biologischer Makromoleküle nach, indem sie sogenannte Hilfsgruppen integriert. Diese Gruppen erleichtern den chemischen Zerfall bestehender Bindungen, wenn dies beabsichtigt ist, ohne dass aggressive Chemikalien oder hohe Temperaturen erforderlich sind. Anstatt neue chemische Bindungen zu erfinden, modifiziert dieser Ansatz die räumliche Anordnung der bereits vorhandenen Bindungen, wodurch sie unter alltäglichen Bedingungen anfällig für den Abbau werden. Diese Technik stellt einen Fortschritt dar, da sie die Langlebigkeit des Materials gezielt an dessen Nutzungsdauer koppelt.

Die Forschungsergebnisse wurden am 28. November 2025 in der Fachzeitschrift Nature Chemistry veröffentlicht. In dieser Publikation demonstrierten die Forscher die Möglichkeit, Kunststoffe so zu konstruieren, dass sie sich über Zeiträume von Tagen, Monaten oder Jahren zersetzen, was eine präzise Kontrolle ermöglicht. Darüber hinaus implementierte das Forschungsteam eine Schalterfunktion, die den Zersetzungsprozess spezifisch durch ultraviolettes Licht oder das Vorhandensein von Metallionen auslösen kann, was eine zusätzliche Ebene der Steuerung bietet.

Yuwei Gu, der seit 2023 als Assistenzprofessor an der Rutgers University tätig ist, konzentriert seine wissenschaftliche Arbeit auf die makromolekulare Biomimikry. Die grundlegende Vision hinter diesem Projekt ist, dass Materialien nach Erfüllung ihres Zweckes auf natürliche Weise verschwinden sollen. Frühe Laboruntersuchungen deuteten darauf hin, dass das resultierende flüssige Abbauprodukt ungiftig ist, wobei eine abschließende Bestätigung dieser Eigenschaft Gegenstand fortlaufender Forschung ist.

Die Entwicklung selbstzerstörender Polymere adressiert direkt die Herausforderungen der Kreislaufwirtschaft und des Abfallmanagements, insbesondere im Hinblick auf Einwegkunststoffe. Die Rutgers-Methode unterscheidet sich von Ansätzen, die auf mikrobiellem Abbau basieren und oft spezifische industrielle Kompostierungsbedingungen erfordern, da sie den Zerfall unter alltäglichen Umweltbedingungen oder durch gezielte externe Trigger steuerbar macht. Die Kommerzialisierung und die umfassende Kompatibilitätsprüfung mit bestehenden industriellen Fertigungsprozessen stellen nun die nächsten kritischen Schritte für das Team um Yuwei Gu dar. Die konzeptionelle Verschiebung von der reinen Langlebigkeit hin zur „programmierten Vergänglichkeit“ markiert einen Paradigmenwechsel in der Materialwissenschaft.