Möglichkeit zur Entwicklung eines biologisch abbaubaren Materials als Plastik-Ersatz aus Weinreben-Schnittgut

• Ein Forschungsteam der South Dakota State University hat Cellulose aus Weinreben-Schnittgut extrahiert und erfolgreich einen kunststoffähnlichen Film entwickelt, der stärker als herkömmliches Plastik ist und sich in kurzer Zeit zersetzt
• Herkömmlicher Kunststoff ist nicht erneuerbar und erzeugt Mikroplastik, was Umweltverschmutzung und Gesundheitsprobleme verursacht
• Wenn landwirtschaftliche Nebenprodukte als Cellulosematerial genutzt werden, lassen sich neue umweltfreundliche Werte schaffen und Kunststoffe potenziell ersetzen
• Der Film aus Weinreben-Schnittgut ist hochtransparent, zersetzt sich im Boden innerhalb von 17 Tagen vollständig und hinterlässt keine Resttoxizität
• Die Forschung zeigt das Potenzial, einen substanziellen Beitrag zur Kommerzialisierung biologisch abbaubarer Verpackungsmaterialien und zu einer zirkulären Bioökonomie zu leisten

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Forschungshintergrund und das Problem von Plastikabfällen

• Der Großteil heutiger Verpackungen besteht aus Einwegplastik, das aus nicht erneuerbaren Ressourcen wie Erdöl hergestellt wird und in der Natur Hunderte von Jahren zur Zersetzung benötigt
• Nur 9 % des Plastiks werden recycelt, der Rest verbleibt in der Umwelt und trägt zur Entstehung großer Müllansammlungen wie dem Great Pacific Garbage Patch bei
• Kunststoff zerfällt in der Umwelt zu Mikroplastik und Nanoplastik, das von Menschen und Tieren eingeatmet oder aufgenommen wird
• Zu den langfristigen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit von Mikroplastik gibt es bislang noch zu wenig Forschung

Forschung von Professor Srinivas Janaswamy zu umweltfreundlichen Plastik-Alternativen

• Srinivas Janaswamy, Associate Professor im Fachbereich Dairy and Food Science der South Dakota State University, erforscht die Entwicklung wertschöpfender Produkte aus landwirtschaftlichen Nebenprodukten
• Ziel ist die Entwicklung umweltfreundlicher Alternativen zur Bewältigung der Krise der Plastikverschmutzung
• In den USA gehören Plastikeinkaufstüten zu den wichtigsten Plastikabfällen; die meisten werden nach einmaligem Gebrauch der Umwelt überlassen
• Das langfristige Ziel von Professor Janaswamy ist die Entwicklung kunststoffähnlicher Beutel, die in der Umwelt abbaubar sind

Der zentrale Rohstoff: Cellulose

• Cellulose ist das am häufigsten vorkommende organische Polymer und reichlich in pflanzlichen Zellwänden vorhanden
• Aufgrund starker Wasserstoffbrückenbindungen und Glucoseketten bietet sie strukturelle Steifigkeit und Haltbarkeit
• Menschen nutzen Cellulose bereits seit langem in vielen Bereichen, etwa in Stoffen wie Baumwolle oder in Holz

Cellulosegewinnung aus verschiedenen landwirtschaftlichen Nebenprodukten

• Professor Janaswamy extrahierte Cellulose aus verschiedensten Rohstoffen wie Avocadoschalen, Sojaschalen, Luzerne, Switchgrass, Kaffeesatz, Maiskolben und Bananenschalen
• Mit der gewonnenen Cellulose wurde die Entwicklung kunststoffähnlicher Filme erprobt, wobei Transparenz, Festigkeit und Eigenschaften je nach Produkt unterschiedlich ausfielen
• Diese biologisch abbaubaren Filme könnten in verschiedenen Anwendungsbereichen wie Verpackungen eingesetzt werden

Weinreben-Schnittgut und eine neue Zusammenarbeit

• Die Traubenexpertin Professorin Anne Fennell erkannte den hohen Cellulosegehalt von Weinreben-Schnittgut und dessen Nutzungspotenzial und initiierte eine Zusammenarbeit mit dem Team von Professor Janaswamy
• Das Schnittgut fällt jedes Jahr nach dem Rebschnitt in großen Mengen an und wurde bisher meist zerkleinert und auf dem Boden verteilt oder verbrannt
• Das beim Winterschnitt anfallende Material ist aufgrund seines niedrigen Feuchtigkeitsgehalts und der hohen Cellulosedichte gut als Kunststoff-Ersatz geeignet

Eigenschaften und erwartete Wirkung des aus Weinreben-Schnittgut gewonnenen Films

• Der durch Celluloseextraktion entwickelte Film auf Basis von Weinreben-Schnittgut ist transparent und robust und zersetzt sich in Bodenbedingungen innerhalb von 17 Tagen vollständig
• Tests bestätigten eine höhere Zugfestigkeit als bei herkömmlichen Plastikbeuteln
• Weil Verbraucher den Inhalt leicht erkennen können, besteht ein hohes Potenzial für die Anwendung als Lebensmittelverpackung
• Das Forschungsteam erntete das Material in den SDSU-Weinbergen, trocknete und mahlte es und stellte daraus nach dem Extraktionsprozess den Film her

Beitrag zu Nachhaltigkeit und zirkulärer Bioökonomie

• Durch die Wiederverwertung von sonst weggeworfenem Weinreben-Schnittgut als Celluloseressource lassen sich eine effizientere Bewirtschaftung landwirtschaftlicher Abfälle und das Problem der Plastikverschmutzung gleichzeitig angehen
• Die Entwicklung umweltfreundlicher Filme bietet einen praktischen Ansatz zur Förderung einer zirkulären Bioökonomie und zum Umweltschutz
• Finanziert wurde die Forschung vom US-Landwirtschaftsministerium und der National Science Foundation

Fazit

• Biologisch abbaubare Filme auf Basis von Weinreben-Schnittgut entwickeln sich zu einem vielversprechenden Material, um herkömmlichen Kunststoff zu ersetzen und Umweltprobleme zu mindern
• Aufgrund der schnellen Abbaubarkeit, der hohen Festigkeit und des Potenzials für Lebensmittelverpackungen werden hohe Erwartungen an Kommerzialisierung und Praxistauglichkeit geknüpft