Für die Herstellung eines Kilogramms Plastik braucht die Industrie zwei Liter Erdöl. Ein Grazer will nun stattdessen Treibhausgase nutzen, um das Material herzustellen.

Zwei Liter Erdöl werden im Moment ungefähr für die Herstellung eines Kilogramms Plastik benötigt. Der Kunststoff dominiert viele Bereiche des Alltags, ist in Verpackungen, Kleidung und Gebrauchsgegenständen zu finden. Noch ist ein Verzicht auf Plastik im industriellen Kontext lange nicht in Sicht, ein Forscher der Universität Graz will nun aber zumindest die Produktionsprozesse nachhaltiger gestalten. Denn wie Chemiker Johann Hlina und sein Team nun herausfanden, kann dem eigentlich klimaschädlichen Treibhausgas Kohlendioxid (CO2) ein neuer Nutzen zugeführt werden. Aus dem ungenutzten Rohstoff in der Luft will Hlina in Zukunft Kunststoffe herstellen.

„Im Moment braucht die Herstellung von Kunststoffen sehr viel Energie, unser Ziel ist, einen Prozess zu entwickeln, in dem mindestens gleich viel Energie auch wieder rückgeführt wird – das könnte mit der Nutzung von ohnehin vorhandenem Kohlendioxid in der Luft funktionieren“, erklärt der Chemiker. Die Umwandlung von CO2 sei laut Hlina grundsätzlich nämlich nicht neu. So kann CO2 unter anderem bereits zu Kohlenhydraten wie Zucker in Form von Glucose und Saccharose umgebaut werden.

Seltenerdmetalle als „Werkzeug“

Als Werkzeug verwendet Hlina Reaktionsbeschleuniger mit „Seltenerdmetallen“, heißt es in einer Aussendung des Wissenschaftsfonds (FWF), der das Projekt fördert. Sie sollen etwa einzelne Kohlenstoffatome zu Ketten verknüpfen, wie es für Plastikgrundstoffe gebraucht wird.

Im Moment braucht die Herstellung von Kunststoffen sehr viel Energie, unser Ziel ist, einen Prozess zu entwickeln, in dem mindestens gleich viel Energie auch wieder rückgeführt wird.

— Johann Hlina, Institut für Chemie, Uni Graz

In die Reaktionsbeschleuniger – sogenannte Katalysatoren – hat Hlina mit seinem Forschungsteam bereits mehrere „Reaktionskerne“ mit Seltenerdmetallen einbauen können. Unter anderem kommen Seltenerdmetalle in der Herstellung von Technik wie Plasma- und LCD-Bildschirmen zum Einsatz, finden aber auch in der Radiologie und in Leuchtstofflampen Verwendung. „Das war unser primäres Interesse: Ob mit Seltenerdmetallen, zu denen auch Oxide zählen, Plastik hergestellt werden kann.“

Plastik aus Luft anstatt Erdöl

Sie halten die Ausgangssubstanz fest, bringen sie in eine passende Position, schwächen Bindungen und ermöglichen neue Verknüpfungen, so der Forscher vom Institut für Chemie der Universität Graz. Auf dem Weg von Kohlendioxid zu einem Plastikgrundstoff müssen dabei etwa Sauerstoffatome entfernt oder durch Wasserstoff ersetzt werden. Außerdem müssen Kohlenstoffatome miteinander verbunden werden.

Im ersten Schritt wird mithilfe bereits etablierter Methoden CO2 in Kohlenmonoxid, also CO, umgewandelt. Genutzt wird dafür etwa elektrischer Strom (Elektrolyse) oder Sonnenlicht (Photokatalyse). In weiterer Folge kämen Hlinas Werkzeuge zum Zug, um beispielsweise den Rohstoff Ethylen (C2H4) zu produzieren. „Aus ihm entsteht etwa Polyethylen, einer der weltweit meistverwendeten Kunststoffe“, so der Forscher. In Zukunft könnte auf diese Art für die Herstellung des Kunststoffes das CO2 aus der Luft anstelle von Erdöl verwendet werden.

Seit einem postdoktoralen Aufenthalt in Schottland beschäftigt sich der 44-Jährige intensiv mit Kohlenoxidchemie, wie er der Kleinen Zeitung erzählt. „Einen Beitrag zu leisten, Prozesse in Zukunft nachhaltiger zu gestalten, war aber immer schon die Grundidee meiner Forschung. Ich bin auf dem Land aufgewachsen, da hat man mit den Ressourcen gearbeitet, die schon zur Verfügung standen – das wollte ich auch in meine Arbeit einbringen.“