Polystyrol ist eine Art Kunststoff, der in zahlreichen Anwendungen verwendet wird, darunter Spielzeug, Gartengeräte, Elektronik, Haushaltsgeräte und, zufälligerweise, als Füllmaterial für Sitzsäcke. Aber kann Polystyrol recycelt werden? Finden wir es heraus.
Können Superwürmer Styropor essen?
Es ist allgemein bekannt, dass Plastik etwas ist, das für immer im Boden bleibt und sich nicht zersetzt. Das liegt daran, dass uns gesagt wird, die Natur habe keine Möglichkeit, es zu verarbeiten oder Energie daraus zu gewinnen. Aber neue Forschungen sagen, dass diese Ansicht nicht ganz korrekt ist. Es stellt sich heraus, dass eine bestimmte Art von Aasfresserlarven Polystyrol in harmlose Nebenprodukte abbauen kann. Dies bietet eine potenzielle Lösung für die anhaltende Plastikkrise des Planeten. Wissenschaftler, die in Science of the Total Environment veröffentlichen, haben kürzlich herausgefunden, dass die Larven einer Käferart namens Zophobas atratus Styropor als einzige Nahrung aufnehmen können. Bakterien in ihrem Darm bauen das Polystyrol ab und wandeln es in eine Mischung aus Mineralien, Energie und Kohlendioxid um. Diese neue Forschung ergänzt frühere Erkenntnisse, die zeigten, dass eine andere Spezies, Mehlwürmer, ebenfalls Plastik verdauen kann.
Gute Nachrichten für Hersteller
Die Nachricht, dass diese Larven, manchmal Superwürmer genannt, polystyrolbasierte Produkte fressen können, ist für Hersteller von Kunststoff enthaltenden Produkten willkommen. Polystyrol ist eines der weltweit am häufigsten verwendeten Kunststoffe und eine bedeutende potenzielle Quelle industrieller und Verbraucher-Verschmutzung. Ein kleiner Wurm, der Bakterien beherbergt, die dieses Material abbauen können, ist jedoch von extremer Bedeutung für die globale Ökologie. Es bedeutet, dass die Anzahl der Kunststoffe, die die Natur abbauen kann, jetzt viel größer ist als Wissenschaftler zuvor angenommen haben, was sowohl dem Ökosystem als auch den Herstellern, die Kunststoffe verwenden, Hoffnung bietet. Warum Zophobas atratus Polystyrol abbauen kann, hat mit der evolutionären Geschichte des Wurms zu tun. In der tiefen Vergangenheit mussten Würmer Wege finden, um die Bestandteile von Holz zu verdauen - eine der Nahrungsquellen in ihrer Umgebung. Einige dieser Komponenten waren aufgrund ihrer strukturellen Eigenschaften besonders schwer abzubauen. Tatsächlich könnte der evolutionäre Prozess zur Entwicklung der notwendigen Werkzeuge das Leben Millionen von Jahren gekostet haben. Schließlich jedoch gelang es vielen Arten, diese Eigenschaften zu bewahren und sie bis in die heutige Zeit zu bringen. Über evolutionäre Zeiträume hinweg entwickelten Insekten, Mehlwürmer und Superwürmer alle die Fähigkeit, schwer zugängliche holzabgeleitete Energie zu verwerten und so den Boden zu schaffen, den wir überall um uns herum sehen.
Wie fressen Superwürmer Polystyrol?
Im Jahr 2015 fand ein Team der School of Life Science am Beijing Institute of Technology in China heraus, dass eine Art Mehlkäfer, Tenebrio Molitor, Styropor abbauen und mineralisieren konnte. Die Forschung zeigte, dass sie eine Art von Darmbakterien hatten, die ein Enzym enthielten, das Plastik abbaut. Allerdings waren die Würmer selbst klein, und daher war ihre Fressrate gering. Unter Laborbedingungen konnten sie polystyrolhaltige Produkte abbauen, aber es dauerte lange. Aus diesem Grund wollte das Team herausfinden, ob größere Würmer mit denselben Darmbakterien bessere Arbeit leisten könnten. Zophobas atratus war der perfekte Kandidat, da er etwa viermal so groß wie Tenebrio Molitor ist. Das Pekinger Team begann, ein Experiment zu entwerfen, um zu sehen, ob diese Superwürmer besser als die Mehlwürmer beim Abbau von Kunststoffen abschnitten. Sie teilten die Würmer in zwei Gruppen und setzten sie in verschiedene Glaskammern mit Gummistopfen, die mit komprimierter Luft ohne Kohlendioxid gefüllt waren. Eine Gruppe erhielt Styropor als einzige Nahrung, während die andere über 28 Tage hinweg eine natürliche Diät aus Wildkleie bekam. Beide Gruppen produzierten im Verlauf der Studie Kohlendioxid, sodass die Wissenschaftler die Menge, die von der Kontrollgruppe produziert wurde, von der Menge subtrahierten, die von der Plastikgruppe ausgestoßen wurde.
Das wissenschaftliche Experiment
Das Experiment ergab, dass Superwürmer pro Tag erheblich mehr Polystyrol fressen konnten als Mehlwürmer in der Studie von 2015. Schätzungen zufolge war jeder Wurm in der Lage, etwa 0,58 mg Polystyrol innerhalb von vierundzwanzig Stunden zu verarbeiten - etwa das Vierfache der Menge von Tenebrio Molitor. Die Forscher stellten fest, dass die Styropor-Gruppe erfolgreich 36,7 Prozent des Polystyrols in Kohlendioxid umwandelte. Eine wissenschaftliche Analyse nach dem Experiment zeigte, dass Bakterien im Darm der Würmer lange Ketten von Polystyrolmolekülen abbauen und in kleinere Produkte mit niedrigem Molekulargewicht umwandeln konnten. Um zu testen, ob die Bakterien im Darm der Würmer die harte Arbeit verrichteten, gaben die Forscher ihnen Antibiotika, um ihre Darmflora abzutöten. Als sie dies taten, stellten sie fest, dass die Würmer keine Energie mehr aus dem Verzehr von Plastik gewinnen konnten.
Der Plan
Der Plan ist nun, die Bakterien aus den Würmern zu gewinnen und sie dann in Insekten einzusetzen oder sogar in speziellen Einrichtungen zur Wiederverwertung von Polystyrol zu verwenden. Derzeit haben Superwürmer einen begrenzten Lebensraum in der natürlichen Umgebung, was bedeutet, dass sie Kunststoffe möglicherweise nicht weitreichend abbauen können. Außerdem entwickeln sie sich im Laufe der Zeit zu Käfern, was bedeutet, dass ihre Verweildauer in der Umwelt typischerweise recht kurz ist. Aus diesen Gründen möchten Forscher die polystyrolabbauenden Bakterien in andere Arten, einschließlich Insekten, einbringen und sie dann im Laufe der Zeit die Reinigungsarbeit erledigen lassen. Die Pekinger Forscher hoben auch die Möglichkeit hervor, bakterielle Enzyme zu isolieren, um Kunststoffe und Gummi im industriellen Maßstab abzubauen. Es sei möglich, so sagten sie, eine Reihe von kunststoffabbauenden Bakterien zu testen, um festzustellen, ob sie bestehende und zukünftige Plastikmüllprobleme lösen könnten. Federica Bertocchini, eine Biologin am Margarita Salas Center for Biological Research in Madrid (die nicht an der Studie beteiligt war), sagte, dass die Ergebnisse des Pekinger Teams es wahrscheinlicher machten, dass Forscher ein Enzym finden würden, das in der Lage ist, Plastik abzubauen. Schließlich hofft sie, wird es ein nützliches Werkzeug im aktuellen Biotechnologie-Werkzeugkasten werden.
Wie wirkt es sich auf die Würmer aus?
Interessanterweise scheinen Würmer, die Polystyrol fressen, genauso gesund zu sein wie diejenigen, die sich von einer natürlichen Ernährung ernähren. Zuvor hatte Dr. Anja Malawi Brandon, eine Doktorandin an der Stanford University, die nicht an der Studie in Peking beteiligt war, herausgefunden, dass Mehlwürmer flammhemmende Styropore verarbeiten können. Während Verbindungen wie Hexabromcyclododecan für Menschen giftig sind, stellte Brandon fest, dass Mehlwürmer, die sie fraßen, genauso gesund waren wie diejenigen auf normaler Diät. Darüber hinaus fand Brandon heraus, dass Garnelen, die mit giftigen Flammschutzmitteln und Styropor gefüttert wurden, ebenfalls gut zu gedeihen schienen. Die Chemikalien reichern sich im Laufe der Zeit nicht in ihrem Gewebe an. Brandon sagt, dass Wissenschaftler sich nicht sicher sind, ob Bakterien die Fähigkeit entwickeln, Kunststoffe zu verdauen, oder ob sie diese schon immer hatten. Forscher müssen die Geschichte der beteiligten spezifischen Gene identifizieren, um dieses Rätsel zu lösen. Aber die Tatsache, dass Bakterien anscheinend ein Enzym haben, das Plastik abbauen und Energie daraus gewinnen kann, ist glücklich. Es deutet darauf hin, dass die Natur bereits die Bausteine hat, um das Plastikproblem zu bewältigen. Plastik in der Umwelt könnte eine neue und wichtige biologische Nische für Arten darstellen. Und natürlich könnten Arten im Laufe der Zeit davon profitieren. Es gibt sicherlich einen evolutionären Antrieb, chemische Mittel zu finden, um Plastikbindungen zu brechen und aus den resultierenden Reaktionen viel Energie zu gewinnen. Doch nur wenige Forscher glaubten jedoch, dass die Fähigkeit, Kunststoffe abzubauen, so weit verbreitet sein würde.
Kann Polystyrol recycelt werden?
Polystyrol kann recycelt werden, aber dies ist mit Herausforderungen verbunden. Polystyrol ist in den meisten Ländern nicht über die Straßensammlung recycelbar, da es teuer und logistisch schwierig ist, Maschinen zur Styropor-Recycling herzustellen. Darüber hinaus gibt es praktische Schwierigkeiten. Schwierigkeiten wie die Tatsache, dass Styropor so leicht vom Wind verweht wird, machen die Straßensammlung noch herausfordernder. Das Recycling von Polystyrol erfordert einen dreistufigen Prozess: Granulation, Verdichtung und Densifizierung. Während der Granulation führen Recycler Polystyrolabfälle durch eine Maschine namens Granulator. Diese zerkleinert das Plastik in winzige Perlen und mischt sie mit frischen Polystyrolgranulaten. Der nächste Schritt besteht darin, das Polystyrol zu verdichten - etwas, das für dichtere Kunststoffformen erforderlich ist. Eine Maschine komprimiert die Granulate und erzeugt eine dicke, dichte Ballen aus Polystyrol. Recycler führen dieses Produkt dann durch eine Schreddermaschine, um universell einsetzbare Polystyrolpellets zu erzeugen.
Verdichtung
Ein letzter Prozess wird als Verdichtung bezeichnet. Hierbei führen Recycler expandiertes Polystyrol durch eine Schaumverdichtungsmaschine. Dabei wird das zerkleinerte Material hoher Hitze und Druck ausgesetzt, wodurch es zu einer Paste geformt wird, die sich zu einem festen Block abkühlt, aus dem alle Luft entfernt wurde. Recycler können diese Blöcke dann zerkleinern und wie zuvor in Allzweckpellets umwandeln. Es gibt einige Verwendungen für recyceltes Polystyrol. Hersteller verwenden Pellets für Lager- und Transportdienste. Sie sind in Branchen mit hohen Hygienestandards aufgrund der sterilen Eigenschaften des Plastiks von entscheidender Bedeutung. Kritisch ist, dass Recycler recycelte Kunststoffe in Pelletform zerlegen und dann wiederverwenden können, wodurch verhindert wird, dass sie in die Umwelt zurückkehren. Häufige Sekundärverwendungen umfassen Verpackungen, Kühlschrankschalen, Spielzeug, Schaumstoff und Becher. Einige Anbieter integrieren auch recyceltes Polystyrol in Kunststoffmöbel und Baumaterialien, einschließlich Zaunpaneelen und Dachziegeln. Mit fortschreitender Technologie erweitern sich die Anwendungsfälle für recyceltes Polystyrol. Obwohl Recyclingprozesse für Polystyrol bekannt sind, bleibt es für lokale Behörden schwierig, es zu sammeln und zu verarbeiten. Aus diesem Grund empfehlen die meisten, Plastik einfach in den allgemeinen Abfallbehälter zu werfen.
Was ist mit Logistik?
Polystyrol ist aus mehreren logistischen und wirtschaftlichen Gründen schwer zu verarbeiten. Da es sperrig und diffus ist, ist es schwierig zu sammeln und zu transportieren. Die Maschinen, die für die Verarbeitung benötigt werden, sind ebenfalls teuer, insbesondere wenn es unerwünschte chemische Verunreinigungen enthält. Polystyrol, das recycelt werden soll, muss vor der Verarbeitung frei von Flammschutzmitteln sein. Zusätzliche Maschinen und Prozesse zur Entfernung dieser Stoffe erhöhen die Kosten. Unternehmen leisten jedoch im Allgemeinen eine bessere Arbeit beim Recycling von Polystyrol als öffentliche Behörden. Firmen sammeln kontaminationsfreies Polystyrol in großen Mengen und senden es in großen Mengen an Recycler, insbesondere im Einzelhandelsbereich. Idealerweise würden jedoch sowohl Unternehmen als auch Privatpersonen es vorziehen, nicht recyceln zu müssen. Bakterien und Enzyme könnten in der Lage sein, Plastik abzubauen und vollständig aus der Umwelt zu entfernen. In vielerlei Hinsicht ist es bedauerlich, dass Polystyrol so schwer zu recyceln ist. Die Herstellung von Polystyrol ist im Vergleich zu vielen anderen Kunststoffen eine relativ kohlenstoffarme Tätigkeit. Da ein Großteil des Produkts aus Luft besteht, in einigen Fällen mehr als 98 Prozent, könnte ein breiteres Recycling und die Entfernung aus der Umwelt nach Gebrauch ein erheblicher Vorteil für die globale Umwelt sein.
Abschluss
Die Nachricht, dass Superwürmer Polystyrol abbauen können, ist willkommen, angesichts der Schwierigkeit, das Material zu recyceln. Schätzungen zufolge wurden 2018 weltweit rund 359 Millionen Tonnen Polystyrol produziert. Aber Recycler verarbeiteten nur etwa 33 Millionen Tonnen. Polystyrol ist schwer abzubauen aufgrund seiner besonderen makromolekularen Struktur. Weder künstliche noch natürliche Systeme können es leicht abbauen. Daher neigt es dazu, sich in der Umwelt anzusammeln und jedes Jahr zuzunehmen. Dennoch ändern sich die Dinge. Es scheint, dass eine größere Anzahl von Kreaturen Plastikessen als Nische nutzen und lernen, das Energiematerial zu konsumieren. Zophobas atratus ist nur der neueste in einer langen Reihe von Organismen, die laut verschiedenen Studien Kunststoffe abbauen und in harmlose, natürliche Nebenprodukte umwandeln können. In Zukunft könnte es möglich sein, plastikverdauende Bakterien in mehr Arten einzuführen oder Enzyme zu extrahieren, die Plastik abbauen und sie in der industriellen Verarbeitung einsetzen, wodurch das Recycling ganz umgangen wird. Schließlich könnte Plastik genauso "natürlich" werden wie jede andere Nahrungsquelle in der Umwelt. Für Sitzsackhersteller sind diese Entwicklungen besonders willkommen. Jetzt kennen wir die Antwort auf die Fragen: 'Kann Polystyrol recycelt werden?' und 'Können Superwürmer Styropor essen?' Es scheint, dass Sitzsackhersteller weiterhin hochmoderne Kunststofffüllungen verwenden können - in dem Wissen, dass es natürliche Methoden gibt, die sie abbauen können.
