Als Kunststoffersatz: „Transparentes Papier“ entwickelt

 (japannews.yomiuri.co.jp)
1 Punkte von GN⁺ 2025-06-07 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen
  • Ein Forschungsteam um das japanische JAMSTEC hat aus pflanzlicher Biomasse gewonnener Cellulose dicke transparente Papierbögen hergestellt und damit ihr Potenzial als Ersatz für Kunststoffbehälter gezeigt
  • Das neue Material kann durch Mikroorganismen zu Wasser und Kohlendioxid abgebaut werden; es ist dicker als bisherige Cellulosematerialien und lässt sich zu Formen wie Bechern und Trinkhalmen verarbeiten
  • Für die Herstellung werden Cellulosepulver aus Fasern auf der Oberfläche von Baumwollsamen sowie eine Lithiumbromid-Wasser-Lösung verwendet; nach Gelierung bei hoher Temperatur wird das Material geformt und getrocknet
  • Zu Bechern und Trinkhalmen verarbeitet, war die Festigkeit mit der von Polycarbonat vergleichbar; selbst durch einen 0,7 mm dicken Bogen ließ sich eine 100 m entfernte Landschaft klar erkennen
  • Für die Kommerzialisierung ist eine Anlage zur Massenproduktion nötig; auf Basis einer Demonstrationsanlage werden die Produktionskosten auf etwa das Dreifache von normalem Papier und die CO2-Emissionen auf etwa die Hälfte eines Kunststoffherstellungsprozesses geschätzt

Pflanzenbasiertes transparentes Papier

  • Ein Forschungsteam von JAMSTEC und mehreren weiteren Einrichtungen hat dicke transparente Papierbögen aus Cellulose entwickelt, die aus pflanzlicher Biomasse hergestellt wird
  • Da Kunststoff als Ursache der Meeresverschmutzung gilt, weckt dieses Material Erwartungen als Ersatz für Kunststoffbehälter
  • Es ist dicker als bisherige cellulosebasierte Materialien und kann zur Herstellung von Behältern verwendet werden

Herstellungsverfahren und Transparenz

  • Ausgangsstoff ist Cellulosepulver, das aus Fasern auf der Oberfläche von Baumwollsamen gewonnen wird
  • Der Herstellungsprozess läuft wie folgt ab
    • Das Cellulosepulver wird in einer Lithiumbromid-Wasser-Lösung gelöst
    • Unter Erhöhung der Temperatur wird es gemischt und in einen Gelzustand überführt
    • Das gelierte Material wird geformt und getrocknet
  • Die Transparenz entsteht dadurch, dass Fasern im Nanometermaßstab, also in der Größenordnung von einem Milliardstel Meter, dicht im Bogen gepackt sind
  • Wegen der hohen Faserkonzentration wird Licht nicht gestreut, sondern passiert den Bogen geradlinig

Festigkeit und Sichtbarkeit

  • Die Festigkeit des zu Bechern und Trinkhalmen geformten Materials war nahezu vergleichbar mit Polycarbonat, einer Kunststoffart
  • Auch transparentes Papier mit 0,7 mm Dicke bleibt flexibel
  • Durch einen Bogen derselben Dicke ließ sich eine 100 m entfernte Landschaft klar erkennen

Biologische Abbaubarkeit im Meer

  • Das Forschungsteam untersuchte die biologische Abbaubarkeit unter der Annahme, dass transparentes Papier ins Meer gelangen könnte
  • Es ließ Bögen ins Meer absinken und prüfte, ob marine Mikroorganismen sie auflösen können
  • Je größer die Wassertiefe, desto weniger Mikroorganismen gibt es, wodurch sich die Abbaugeschwindigkeit verlangsamt
  • Dennoch lösten sich die Bögen selbst in 757 m Tiefe innerhalb von vier Monaten größtenteils auf

Aufgaben und Kosten der Kommerzialisierung

  • Bislang waren Getränkekartons die gängigste Alternative zu Kunststoffbehältern
  • Wirtschaftsexperten hatten angemerkt, dass bei Getränkekartons die Kaufbereitschaft sinken könnte, weil Verbraucher den Inhalt nicht sehen können
  • Transparentes Papier kann das Problem lösen, dass der Inhalt nicht sichtbar ist
  • Um das Material auf den Markt zu bringen, ist eine Fabrik mit Technologie zur Massenproduktion erforderlich
  • Isobe Noriyuki, stellvertretender leitender Forscher bei JAMSTEC, schätzt, dass die Produktionskosten bei Bau einer Anlage für Demonstrationsexperimente etwa dreimal so hoch wie bei normalem Papier wären
  • Nach derselben Schätzung könnten die CO2-Emissionen bei etwa der Hälfte eines Kunststoffherstellungsprozesses gehalten werden
  • Professor Masaya Nogi von der Osaka University sieht die Stärke des neuen Materials darin, dass es die biologische Abbaubarkeit in der Tiefsee nachgewiesen hat, auch wenn es transparentes Papier bereits zuvor gab

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1 Kommentare

 
GN⁺ 2025-06-07
Hacker-News-Kommentare

  • Plastik wird nicht so häufig verwendet, weil es transparent ist, sondern weil es leicht ist und nicht biologisch abbaubar
    Es hält sich Tausende von Jahren, ist daher gut für die Lagerung von Lebensmitteln und kann für viele Bauteile verwendet werden, ohne dass man sich allzu viele Sorgen über Regen oder Umweltbedingungen machen muss
    Benötigt wird wohl ein Material, das unter den meisten Bedingungen des menschlichen Alltags überhaupt nicht zerfällt, sich aber schnell zersetzt, wenn man ihm seltene Signale wie bestimmte Chemikalien, Temperaturen oder Druck gibt

    • Plastik wird auch deshalb so viel verwendet, weil es sehr leicht zu formen und hervorragend für die Massenproduktion geeignet ist
      Dass man es leicht in Form bringen kann, ist möglicherweise sogar der stärkste Grund, sich für Plastik zu entscheiden
      Plastik vereint die Vorteile von Holz wie Leichtigkeit und niedrige Kosten, die Vorteile von Keramik wie einfache Formbarkeit und Wasserfestigkeit sowie die Vorteile von Metall wie alltägliche Haltbarkeit und vermeidet dabei die großen Nachteile der einzelnen Materialien
      Es ist nicht perfekt, aber wenn man Vor- und Nachteile zusammenrechnet, wird klar, warum es so weit verbreitet ist
    • Der Artikel nennt die Anwendung bereits: Papierverpackungen sind die häufigste Alternative zu Kunststoffbehältern, aber Verbraucher zögern beim Kauf, wenn sie den Inhalt nicht sehen können
      Transparentes Papier könnte dieses Problem lösen, aber um es auf den Markt zu bringen, braucht es Fabriken mit Massenproduktionstechnik
    • Das stimmt nicht ganz. Es werden viele Papierverpackungen mit Kunststofffenster weggeworfen
      Es wird nicht alles Plastik ersetzen können, aber einen Teil durchaus
      Plastik erfüllt viele Rollen, daher kann ein einziges Material nicht alles ersetzen, aber für Einwegplastik gibt es eindeutig sinnvolle Nischenanwendungen
    • Menschen mögen Plastik nicht deshalb, weil es Tausende von Jahren hält. Es geht ihnen darum, Lebensmittel gut aufzubewahren
      Wenn man das auch ohne eine Haltbarkeit von Tausenden von Jahren erreichen kann, wäre das ein ziemlich großer Erfolg
    • Selbst wenn so ein Material möglich ist, setzt das voraus, dass die Menschen es sammeln und zu einer Zersetzungsanlage bringen
      Wenn man sich die Menge an Plastik ansieht, die in der Umwelt landet, ist bereits klar, dass die Leute sich nicht so viel Mühe machen

  • Ist hier etwas Altes wieder neu geworden?
    https://en.wikipedia.org/wiki/Celluloid
    https://en.wikipedia.org/wiki/Cellophane

    • Die Originalarbeit der Forschenden ist hier:
      https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads2426
      Das Ziel scheint ein Material gewesen zu sein, das 1) transparent ist, 2) ausreichend dick hergestellt werden kann und 3) rein cellulosebasiert ist
      Cellophan erfüllt 1 und 3, lässt sich aber schwer dick herstellen, und Papier erfüllt 2 und 3, ist aber nicht transparent
      Celluloid wird in der Arbeit nicht ausdrücklich behandelt, scheint aber 3 nicht zu erfüllen, weil es nicht aus reiner Cellulose besteht. Das wichtigste Einsatzgebiet scheint Lebensmittelverpackung zu sein
    • Wenn man mehrere Bedingungen zusammen betrachtet, fragt man sich, ob die Römer nicht tatsächlich auf dem Höhepunkt der Technologie waren
    • Das Viskoseverfahren zur Herstellung von Cellophan ist extrem giftig. Das Lyocell-Verfahren ist sicherer, weil die verwendeten Chemikalien weniger flüchtig sind, aber beide benötigen große Mengen an Feinchemikalien wie Schwefelkohlenstoff oder N-methylmorpholine oxide und neuerdings 1,5-diazabicyclo[4.3.0]non-5-enium acetate
      Deshalb wird Cellophan gewöhnlich nur in kleinen Mengen verwendet, und bei Rayon ist es ähnlich
      Lithiumbromid dagegen ist ein stabiles Salz und fast so billig wie sein Elementpreis, sodass es sich leicht skalieren und recyceln lässt
    • Mir war seltsamerweise nie klar, dass Cellophan cellulosebasiert ist. Ich dachte einfach, es sei Plastik
    • Es klingt ähnlich wie Cellophan, aber das Herstellungsverfahren ist sehr anders. Vielleicht hat es neue Eigenschaften, die Cellophan nicht hat

  • Es ist schon absurd, dass alle abgestumpft davon sind, dass manche Länder ihren Müll einfach ins Meer kippen
    Statt das Problem zu lösen, geht es in Richtung besserer Müll

  • Meine Mutter hilft in einem kleinen Laden im Viertel aus und versucht, von Plastikverpackungen wegzukommen.
    Sie haben kompostierbare Folien und Recyclingpapier ausprobiert, aber entweder waren die Kosten zu hoch oder das Material war nicht haltbar genug.
    Dieses transparente Papier aus Zellulose wirkt ziemlich vielversprechend. Wenn es hitzebeständig ist, gut aussieht und sich in der Umwelt tatsächlich zersetzt, könnte das für solche Läden eine große Hilfe sein.
    Ich frage mich, ob jemand schon mit solchen Materialien gearbeitet hat. Mich interessiert besonders, wie sie sich in der Praxis bei flüssigen oder feuchtigkeitsempfindlichen Waren schlagen.

  • Wir brauchen eine neue Materialklasse, die plastikähnliche Eigenschaften hat, ohne erst nach Jahrtausenden abgebaut zu werden oder nicht recycelbar zu sein.

    • Bei Plastik ist eher die Zersetzung das größere Problem.
      Das Problem der Mülllagerung wird meist übertrieben dargestellt, und die Verschmutzung durch Mikroplastik zeigt die Gefahr klar, wenn Plastik in Millionen kleiner Stücke zerfällt[1].
      Langlebige, stabile Kunststoffe sind unter dem Gesichtspunkt der Umweltverschmutzung deutlich weniger problematisch.
      [1] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016041202...
    • Das Ziel scheint um etwa den Faktor 100 zu hoch angesetzt zu sein. Ein Kunststoff, der sich nach 10 Jahren in harmlosen Staub zersetzt, aber weder früher noch erst nach mehr als 100 Jahren, wäre ein völlig akzeptabler Kompromiss.
      Damit ließen sich die meisten heutigen Anwendungen weiter beibehalten.
    • Dann könnten Flaschen im Regal anfangen, sich zu zersetzen, Löcher bekommen und unbrauchbar werden.

  • Es überrascht nicht, wenn in Japan alles in Plastik verpackt ist.
    Bei meinem Japan-Besuch wirkte das Land den USA in vieler Hinsicht weit voraus, und fast alles war großartig, aber das war die eine Ausnahme.

    • Es heißt, dass die gesamte verwendete Plastikmasse für dieselbe Warenmenge in Japan niedriger ist als in anderen Ländern.
      Angeblich liegt das daran, dass zwar mehr Beutel verwendet werden, dafür aber weniger starre Schalenverpackungen.
      Ein Video dazu und dazu, wie viel als Brennstoff für Müllverbrennung genutzt wird: https://www.youtube.com/watch?v=FU6WogV6UEg

  • Das klingt zwangsläufig nach Cellophan. https://en.wikipedia.org/wiki/Cellophane

  • Die CO2-Emissionen mögen niedrig sein, aber wie sieht es mit den Kosten aus?
    Dieses Produkt scheint viele Probleme zu lösen, die nichts mit den Gründen zu tun haben, warum wir Plastik verwenden.
    Plastik ist überall, weil es haltbar und billig ist, und das erklärt ungefähr 80 % seiner Einsatzbereiche.
    Bei den übrigen 20 % sind Eigenschaften wie Beständigkeit gegen korrosive Stoffe wichtig, und auch dort scheint dieses Material eher vorbeizugehen.
    Ein teures und wenig haltbares Produkt wird Plastik niemals ersetzen. Selbst die Aussage, es sei so robust wie Plastik, scheint sich auf die Zugfestigkeit zu beziehen, was in der Industrie nicht die wichtigste Eigenschaft ist.
    Beim Verpacken von Brot ist nicht wichtig, ob man mit der Verpackung ein ähnliches Gewicht anheben kann, sondern ob sie das Produkt über Monate oder Jahre hinweg schützen kann.

  • Beutel sind gut, Becher auch noch okay, aber Strohhalme sind eine schreckliche Idee.

    • Ich verstehe nicht, warum.
      Es heißt, die Materialeigenschaften seien ähnlich wie bei Polycarbonat, also sollte das kein Problem sein.
      Es wird nicht gesagt, wie schnell es sich unter idealen Bedingungen zersetzt, aber selbst unter schlechten Bedingungen dauert es 4 Monate, und dafür sind Mikroorganismen nötig, nicht bloß einfache chemische Einwirkungen wie Wasser, Sauerstoff oder UV-Strahlung.
      Dann dürfte es in einem kohlensäurehaltigen Getränk wohl selbst nach einer Woche kaum beeinträchtigt sein, also verstehe ich nicht, was daran schrecklich sein soll.
    • Warum? Weil du befürchtest, dass sie wie gewöhnliche Papierstrohhalme durchweichen?

  • Selbst wenn es nicht alle Einsatzbereiche von Plastik ersetzen kann, scheint es doch viele Einweg-Kunststoffprodukte ersetzen zu können.
    Allein das wäre schon ein guter Fortschritt. Zellulose-Einkaufstüten, Strohhalme, Einwegbecher, Teller und Besteck könnte ich gut akzeptieren.