Das Wort "Plastik" hat sich tief in unserem täglichen Leben verankert. Von der morgendlichen Kaffeetasse bis zu elektronischen Geräten, die vor dem Schlafengehen benutzt werden, ist Plastik allgegenwärtig. Mit Vorteilen wie Leichtigkeit, Haltbarkeit und geringen Kosten hat es den modernen Lebensstandard erheblich verbessert und sich zu einem unverzichtbaren Material unserer Zeit entwickelt.

Wie zwei Seiten einer Medaille hat die weit verbreitete Verwendung von Plastik jedoch beispiellose Umweltprobleme mit sich gebracht. Während wir die Bequemlichkeit von Plastik genießen, leiden wir auch unter "weißer Verschmutzung". Stellen Sie sich riesige Müllteppiche im Ozean vor, einst wunderschöne Strände, die mit Plastikmüll bedeckt sind, und sogar Mikroplastik, das möglicherweise in der Luft vorhanden ist, die wir atmen – dies sind keine dystopischen Science-Fiction-Szenarien, sondern unsere aktuelle Realität.

Statistiken zeigen, dass die globale Müllproduktion jährlich 1,1 Gigatonnen erreicht (entspricht 1,1 Milliarden Tonnen!), wobei Kunststoffe einen erschreckenden Anteil von 10 % ausmachen. Das bedeutet, dass jährlich über 100 Millionen Tonnen Plastikmüll in die Umwelt gelangen, was einen enormen ökologischen Druck erzeugt. Diese Verschmutzung kontaminiert Böden und Wasser, gefährdet Wildtiere und gelangt letztendlich über die Nahrungskette in unseren Körper.

Biologisch abbaubare Kunststoffe sind definiert als Materialien, die von Mikroorganismen (wie Bakterien, Pilzen, Algen) in natürlichen Umgebungen in Kohlendioxid, Wasser und Biomasse abgebaut werden können. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kunststoffen ist diese Zersetzung keine bloße physikalische Fragmentierung, sondern ein tatsächlicher chemischer Abbau durch mikrobielle Enzyme.

Häufige biologisch abbaubare Kunststoffe sind:

• Polymilchsäure (PLA): Hergestellt aus fermentierten Pflanzenstärken (Mais, Zuckerrohr), verwendet in Lebensmittelverpackungen und medizinischen Materialien.
• Polyhydroxyalkanoate (PHA): Mikrobiell produzierte Polyester für Verpackungen und Agrarfolien.
• Polybutylenadipat-Terephthalat (PBAT): Aliphatisch-aromatischer Copolyester, der biologische Abbaubarkeit mit starken mechanischen Eigenschaften kombiniert.
• Polybutylensuccinat (PBS): Aliphatischer Polyester für Verpackungs- und landwirtschaftliche Anwendungen.
• Kunststoffe auf Zellulosebasis: Abgeleitet von Pflanzenzellwänden, bieten Erneuerbarkeit und biologische Abbaubarkeit.

Unter den biologisch abbaubaren Optionen sticht PBAT als hybrider aliphatisch-aromatischer Copolyester hervor, der biologische Abbaubarkeit und Leistung in Einklang bringt. Seit 1998 kommerzialisiert, hat sich seine globale Produktion aufgrund wettbewerbsfähiger Kosten und Vielseitigkeit in Verpackung, Landwirtschaft und Textilien rasch ausgeweitet.

Die PBAT-Produktion beinhaltet die Polymerisation von 1,4-Butandiol (BDO), Adipinsäure (AA) und Terephthalsäure (PTA) – alle aus Erdöl gewonnen, wodurch PBAT nur teilweise biobasiert ist. Sein Abbau kehrt diesen Prozess um: Esterbindungen hydrolysieren zu wasserlöslichen Oligomeren, die Mikroben weiter in CO₂, Wasser und Biomasse abbauen.

Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass die Abbauprodukte von PBAT toxischer sein können als die ursprünglichen Mikroplastikpartikel. Quantenchemische Berechnungen (unter Verwendung der Software Gaussian16 auf dem Niveau M06-2X/6–311+g(2d,p)) zeigen:

• Aromatische Verbindungen (PBAT, TPA, TBT, TBTBT) wirken als starke Elektronenakzeptoren, ähnlich wie reaktive Sauerstoffspezies, und können Biomoleküle wie DNA oxidieren.
• TBTBT – ein wichtiger Abbauzwischenstoff – zeigt die höchste Elektronenakzeptorkapazität, was auf eine mögliche Toxizität hindeutet.
• Aliphatische Abbauprodukte (BDO, AA) sind als Elektronendonatoren weniger bedenklich.

Experimentelle Studien bestätigen diese Ergebnisse. PBAT-Nebenprodukte hemmen die Photosynthese und das Wachstum von Pflanzen und erhöhen gleichzeitig den oxidativen Stress. Insbesondere übersehen Studien oft kumulative Effekte von PBAT und seinen Abbauzwischenprodukten wie TBT/TBTBT, wodurch Risiken möglicherweise unterschätzt werden.

Während biologisch abbaubare Kunststoffe wie PBAT Teillösungen für die Plastikverschmutzung bieten, erfordert die Toxizität ihrer Abbauprodukte eine strenge Bewertung. Zukünftige Prioritäten sollten Folgendes umfassen:

• Umfassende Studien zu den Abbauwegen unter verschiedenen Umweltbedingungen
• Toxizitätsbewertungen für mehrere Arten (Mikroorganismen bis zum Menschen)
• Systemische Umweltrisikomodellierung
• Entwicklung sichererer biologisch abbaubarer Alternativen
• Politische Rahmenbedingungen, die eine verantwortungsvolle Produktion und Entsorgung gewährleisten

Biologisch abbaubare Kunststoffe sind kein Allheilmittel. Ihre Einführung muss Strategien zur Reduzierung, Wiederverwendung und zum Recycling ergänzen – nicht ersetzen. Nur durch ausgewogene Innovation und Regulierung können wir das komplexe Erbe der Plastikverschmutzung wirklich angehen.