Nachwachsende Rohstoffe in der industriellen Produktion: Kunststoffe auf Zuckerbasis?
Mais und Zucker statt Erdöl und Kohle

Am Stück schmeckt er am besten geröstet, zerpflückt im Salat oder als Mehl in Tortillas: Als Nahrungsmittel findet Mais vielfache Anwendung. Aus diesem Grund wird er auch auf der ganzen Welt angebaut und - es gibt mehr als genug davon. Jahr für Jahr werden Millionen Tonnen einfach vernichtet. Die Überproduktion ist vor allem ein volkswirtschaftliches Problem für die Länder Nordamerikas. Dies gilt in gleicher Weise für die Produktion von Weizen in Europa. Nicht zuletzt deshalb sind Wissenschaftler auf die Idee gekommen, landwirtschaftliche Rohstoffe auch in der Industrie zu nutzen. "Nachwachsende Rohstoffe" haben gegenüber fossilen - wie etwa Erdöl - nicht nur den Vorteil, daß sie als Ressourcen reproduzierbar sind, sondern darüberhinaus oft biologisch abbaubar und daher umweltverträglich. Außerdem verbessert ihre Nutzung die CO2-Bilanz.

An der Heinrich-Heine-Universität beschäftigt sich der Chemiker Prof. Dr. Günter Wulff, Leiter des Instituts für Organische und Makromolekulare Chemie, schon seit über zehn Jahren mit der Verwertbarkeit natürlich nachwachsender Rohstoffe für die industrielle Produktion. Die Forschungen begannen im Jahre 1986 mit verschiedenen Projekten, die sich zunächst nur mit Hilfe industrieller Unterstützung verwirklichen ließen. Seit 1989 konnten diese Forschungsarbeiten durch das damalige Bundesministerium für Forschung und Technologie (BMFT, heute BMBF) sowie später auch durch das Wissenschaftsministerium des Landes Nordrhein-Westfalen intensiviert werden.

Für die Resultate, die Prof. Wulff und sein Team nach intensiver Forschungsarbeit erzielten, erkannte ihm eine Jury unter Mitwirkung der Europäischen Kommission in Brüssel und des Europaparlaments den "CEREAL-Preis" 1996 zu. Der Preisübergabe fand vor kurzem bei einer Veranstaltung im Plenarsaal des Europarats in Straßburg statt. Die Auszeichnung wird für innovative Forschung an europäische Laboratorien verliehen, die sich unter Berücksichtigung ökonomischer wie ökologischer Kriterien bei der Nutzung nachwachsender Rohstoffe in der industriellen Fertigung hervorgetan haben.

Ausgezeichnet wurden in Straßburg zwei Projekte des Forscherteams der Heinrich-Heine-Universität, bei denen es einerseits um die Modifikation von Stärke-, andererseits um die von Zuckermolekülen geht, die beide aus Mais, Kartoffeln oder Weizen gewonnen werden. Bei der Behandlung der Stärkemoleküle wurde auf die schon länger bekannte Tatsache zurückgegriffen, daß Stärkemoleküle, die die Struktur einer Helix aufweisen, verschiedene organische Substanzen wie etwa Aromastoffe einlagern können. Diese Verbindungen sind allerdings wasserunlöslich. "Uns ist es nun gelungen", so Prof. Wulff, "die Helix so zu verändern, daß die eingelagerten Substanzen sich nun in Wasser lösen lassen." Anwendung findet dieses Verfahren vor allem bei der Einlagerung von Pflanzenschutzmitteln wie Insektiziden, Herbiziden und Fungiziden. "Der Vorteil gegenüber herkömmlichen Lösungsverfahren liegt darin", führte Prof. Wulff aus, "daß man die Pflanzenschutzmittel ohne Effektivitätsverlust geringer dosieren und auf den Zusatz von umweltschädlichen Lösungsmitteln wie Detergentien verzichten kann. So bleiben keine schwer-abbaubaren Chemikalien im Boden zurück."

Das zweite Projekt beschäftigt sich mit der Eindindung von einfachen Zuckern (Monosachariden) in Kunststoffe (Polymere) wie Polystyral und Polyacrylnitrit (Dralon). Die neuartigen Eigenschaften dieses Zucker-modifizierten Kunststoffs sind verblüffend: Der Zuckergehalt ermöglicht eine höhere Bindung von Wasser an der Oberfläche der Kunststoffe, so daß deren unerwünschte Neigung zu elektrostatischer Aufladung - etwa bei Dralon-Pullovern oder Plexiglas - aufgehoben werden kann, ohne die anderen Eigenschaften der Kunststoffe zu verändern. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß man nunmehr die Möglichkeit hat, diese Kunststoffe einzufärben, statt sie aufwendig pigmentieren zu müssen.

Auch bei der Entwicklung anderer Kunststoffe kommen Zuckermoleküle zur Anwendung. Durch die höhere Absorptionsfähigkeit von Wasser entwickeln diese Materialen Eigenschaften von sogenannten "Superabsorbern", die vor allem für Windeln und diverse Hygieneartikel gebraucht werden und die dadurch biologisch abbaubar gemacht werden sollen.

Als "richtungsweisend" für eine Chemie der Zukunft auf dem Gebiet nachwachsender Rohstoffe hat die Preiskommission in Straßburg die Forschungsarbeiten von Prof. Wulff und seinem Team bezeichnet. Einen Blick in die Zukunft eröffnet auch das neue ehrgeizige Projekt des Düsseldorfer Forscherteams, das wissenschaftlichen Fortschritt mit Anwendungsnähe verbindet: Die Synthese von Substanzen auf Zuckerbasis für die Medizintechnik, die Implantaten (oder auch Kathetern) im menschlichen Körper eine bessere Verträglichkeit verleihen und unerwünschte Reaktionen mit dem Blut oder dem Gewebe verhindern sollen.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Prof. Dr. Wulff, Institut für Organische und Makromolekulare Chemie, Tel. 0211-81-14788 (Sekretariat).