1. Preis Natur- und Technikwissenschaften 2022

Die Vermüllung unseres Planeten durch Plastik will der Chemiker Manuel Häußler stoppen – und hat eine echte Alternative zum am weitesten verbreiteten Kunststoff Polyethylen entwickelt, die sich komplett recyceln lässt.

Manuel Häußlers Forschung im Portrait

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Deutscher Studienpreis 2022: Kunststoff-Recycling ohne Rückstände

Die Forschung

Kunststoff-Recycling ohne Rückstände

Text: Dorthe March
Fotos: Patrick Pollmeier

Studien zufolge wurden seit den 1950er Jahren mehr als acht Milliarden Tonnen an Kunststoffen produziert – eine Zahl, die aufgrund ihrer Größe keinen anschaulichen Vergleich zulässt. „Sie übersteigt beispielsweise die Masse aller Menschen und Tiere, die momentan auf der Erde leben“, sagt der Chemiker Manuel Häußler. Rund 80 Prozent dieser bisher hergestellten Kunststoffe wurden zu Abfall, der auf Mülldeponien oder in der Umwelt landete. Die desaströsen Folgen sind bekannt, sogar in unseren Körpern finden wir Kunststoffe in Form von Mikroplastik. Und nicht nur die direkte Verschmutzung durch Kunststoffabfälle ist ein großes Problem: Sogar in unserer fortschrittlichen Abfallwirtschaft gelangt ein erheblicher Teil der gesammelten Abfälle als klimaschädliches CO2 aus der Müllverbrennung in die Natur. „Die Kunststoffkrise ist eine der größten Herausforderungen für den Planeten“, sagt Häußler.

Zwar hat sich Kunststoff – oder umgangssprachlich Plastik – in Wohlstandsgesellschaften wie Deutschland beinahe zu einem Unwort entwickelt, und überall tauchen Unternehmen auf, die mit der Reduktion von Kunststoffen in ihren Produkten werben. Doch viel mehr als der berühmte Tropfen auf den heißen Stein ist diese Renaissance der einst von Kunststoffen verdrängten Materialien nicht.

Vergleichbare Materialeigenschaften

Einen echten Ansatz zur Lösung der Kunststoffkrise zeigt Häußler auf. Er hat Alternativen zum am weitesten verbreiteten Allround-Kunststoff Polyethylen (PE) entwickelt, die sich am Ende ihres Lebens rückstandslos in ihre einzelnen Bestandteile zerlegen lassen. „Die größte Herausforderung dabei war, die unerreichten Materialeigenschaften von PE in einer Alternative zu vereinen“, erläutert der 32-Jährige. „Polyethylen ist sowohl mechanisch als auch chemisch sehr robust, gut zu verarbeiten, wasserabweisend, elektrisch isolierend, temperaturbeständig und lässt sich äußerst effizient herstellen.“ Diese einzigartigen Eigenschaften ermöglichten den vielseitigen Einsatz von PE – über Verpackungen hinaus im Bauwesen, in verschiedenen Medizinanwendungen und elektrischen Geräten, in der Gas- und Trinkwasserversorgung oder auch im Fahrzeugbau.

„Die Kunststoffkrise ist eine der größten Herausforderungen für den Planeten.“

Studienpreisträger Manuel Häußler

Häußler war klar: Diesen Alleskönner kann nur ein Kunststoff ablösen, der darüber hinaus einen deutlichen Vorteil gegenüber PE hat – Recyclingfähigkeit. Häußler erläutert diesen Knackpunkt: „Reines Polyethylen lässt sich vielfach ohne Qualitätsverlust neu einschmelzen und umformen. Die Probleme entstehen erst in der reellen Abfallwirtschaft, da zum Beispiel der Inhalt eines gelben Sacks beziehungsweise einer gelben Tonne nicht nur aus farblosem, sortenreinem Plastik besteht.“ Zwar gebe es technische Fortschritte, Kunststoffabfälle sortenrein zu trennen, jedoch verbleiben Farbstoffe, Additive oder Füllmaterialien fest im Material selbst.

Foto: David Ausserhofer

„Manuel Häußlers grundlegende Forschung bietet zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten mit immensem Zukunftspotenzial.“

Prof. Dr. Peter Seeberger, Mitglied der Jury

Häußler holt die Farbe aus dem Kunststoff

Um das Hauptproblem der Abfallwirtschaft zu lösen, wird also eine Lösung benötigt, die einen hochwertigen Kunststoff und zuvor enthaltene Farb- und Fremdstoffe voneinander trennt. Der Schlüssel ist Chemisches Recycling. Vereinfacht gesagt hat Häußler Polymere beziehungsweise Kunststoffe entwickelt, die man sich jeweils als eine sehr lange Molekülkette vorstellen kann. Im Gegensatz zu Polyethylen weisen Häußlers Polymere jedoch Sollbruchstellen in ihren langen Ketten auf, die für ein gezieltes Recycling genutzt werden können.

Durch ein besonders mildes chemisches Verfahren wird das Polymer wieder in seine kurzen Ausgangsstoffe gespalten: Häußler ist es gelungen, die Kettenlänge zwischen den Verknüpfungsstellen der Moleküle so zu erhöhen, dass erstmalig die Herstellung eines polyethylenartigen Kunststoffs mit einem Schmelzpunkt von deutlich über 100° C möglich war, der somit beispielsweise kochendem Wasser standhielt. Andersherum reichen Temperaturen von unter 180° C, um das Material gezielt in seine ursprünglichen Bestandteile zu zerlegen. „Das umweltschonende Recycling wird mit einem Katalysator in überhitztem Wasser unter leichtem Druck durchgeführt. Die Bedingungen sind dabei ungefähr vergleichbar mit denen in einem Schnellkochtopf“, sagt Häußler.

Bei diesem Vorgang werden auch die zuvor im Material enthaltenen Farb- und sonstigen Fremdstoffe abgetrennt. Dadurch können die Materialien wieder für die gleichen Anwendungen wie zuvor genutzt werden. – der Kreislauf wäre damit geschlossen.

Die Politik muss mitziehen

Auch in der Natur können die Sollbruchstellen in dem neuartigen langkettigen Polymer dabei helfen, das Material – im Gegensatz zu Polyethylen – abbaubar zu machen. Erste Ergebnisse aus zahlreichen Feldstudien in Böden, Süß- und Salzwasser, die seine Nachfolger in der Arbeitsgruppe durchführen, seien sehr vielversprechend, sagt Häußler. Momentan lagern Proben seiner polyethylenartigen Kunststoffe im Waldboden in der Nähe der Universität Konstanz, in einem schwimmenden Gestell im Bodensee und in der Nähe eines künstlichen Riffs im Mittelmeer vor Frankreich.

Mittelfristig werden Häußlers Polymere teurer bleiben als Polyethylen. Deshalb müsse auf politischer Ebene der Weg für eine Plastikwende geebnet werden. Häußler selbst leistet seinen Beitrag, indem er die Ergebnisse seiner Promotion in die Praxis überführt und seine komplett chemisch recycelbaren Kunststoffe auf den Markt bringen will.

Der Preisträger

Von 2010 bis 2016 studierte Manuel Häußler (32) Chemie an der Universität Konstanz, wo er von 2016 bis 2020 auch promovierte und anschließend zwei Jahre als Post-Doktorand arbeitete. Seit 2022 ist er Leiter des Wissenstransfer-Projekts „ChemUp“, in dessen Rahmen er an der Marktreife seiner polyethylenartigen Kunststoffe arbeitet.

Beitragstitel: Ein geschlossener Kreislauf

Manuel Häußler

manuel.haeussler@uni-konstanz.de

Promotion an der Universität Konstanz, Fachgebiet Chemie

Bildergalerie

  • Im Labor erstellt Manuel Häußler mithilfe spezieller Geräte Prüfkörper. Diese dienen zur Untersuchung neuer Materialien.
    Im Labor erstellt Manuel Häußler mithilfe spezieller Geräte Prüfkörper. Diese dienen zur Untersuchung neuer Materialien.
  • Dabei können auch anschauliche Produkte entstehen, zum Beispiel recycelbare Stoffe.
    Dabei können auch anschauliche Produkte entstehen, zum Beispiel recycelbare Stoffe.
  • Manuel Häußler hat an der der Universität Konstanz promoviert.
    Manuel Häußler hat an der der Universität Konstanz promoviert.
  • Dieses Modell zeigt: Polymere von Häußlers Kunststoff weisen Sollbruchstellen in ihren langen Molekülketten auf. Dadurch wird gezieltes Recycling möglich.
    Dieses Modell zeigt: Polymere von Häußlers Kunststoff weisen Sollbruchstellen in ihren langen Molekülketten auf. Dadurch wird gezieltes Recycling möglich.

Materialien zum Download

Wettbewerbsbeitrag von Manuel Häußler

Pressefoto Manuel Häußler

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