BTU an der Entwicklung nachhaltigerer Kunststoffen beteiligt

Polystyrol zählt zu den weltweit wichtigsten Kunststoffen – hergestellt aus Erdöl, energieintensiv produziert und kaum recycelbar. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Helmholtz-Zentrums Hereon hat nun gemeinsam mit der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU), der Freien Universität Berlin und der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg ein alternatives Polystyrol entwickelt, das nachwachsende Rohstoffe enthält, energieeffizienter hergestellt wird und sich am Ende seines Lebenszyklus gezielt abbauen lässt. 

Die Senftenberger Arbeitsgruppe um Prof. Dr. rer. nat. Axel T. Neffe, Fachgebiet Organische Chemie mit Schwerpunkt Polymere, bringt ihre Expertise in der Polymerchemie und im gezielten Materialdesign von hydrolytisch abbaubaren und biomedizinisch einsetzbaren Kunststoffen in das Projekt ein und stärkt damit den Wissenschaftsstandort Lausitz in einem Zukunftsfeld der Kreislaufwirtschaft.

„Wir müssen Materialien so gestalten, dass ihr Verbleib und mögliches Recycling von Anfang an mitgedacht werden", sagt Prof. Dr. rer. nat. Axel T. Neffe, Professor für Organische Chemie mit Schwerpunkt Polymere an der BTU Cottbus-Senftenberg. „Dieses Projekt zeigt beispielhaft, wie interdisziplinäre Zusammenarbeit über Standorte hinweg dazu beitragen kann, einen der am weitesten verbreiteten Kunststoffe der Welt fit für eine Kreislaufwirtschaft zu machen. Für die BTU ist das ein weiterer Baustein, um unsere Kompetenz in der nachhaltigen Materialchemie sichtbar in die Anwendung zu bringen."

Ein Kunststoff mit Zukunft

Herkömmliches Polystyrol entsteht, indem Styrol-Moleküle unter Hitzezufuhr zu einem dauerhaften Kunststoff reagieren , der kaum wieder in seine Bestandteile zerlegt werden kann. Das Forschungsteam ersetzte einen Teil des Styrols durch Itaconsäureanhydrid, eine Verbindung, die sich per Fermentation aus pflanzlichen Kohlenhydraten wie Zucker gewinnen lässt. Rund 50 Prozent des neuen Materials stammen so aus biobasierten Quellen.

Auch der Herstellungsprozess wurde verändert: Statt klassischer Heizverfahren kommt Mikrowellenstrahlung zum Einsatz, die den Energieverbrauch deutlich senkt. Entscheidend für die Nachhaltigkeit ist der Einbau von Thioestern aus dem Monomer dibenzo[c,e]oxepane-5-thione (DOT) als gezielte „Sollbruchstelle" im Polymernetzwerk: Am Ende der Nutzungsdauer lässt sich das Material dadurch chemisch in kleinere Fragmente zerlegen, die anschließend sogar von Bakterien abgebaut werden können – ein Verhalten, das klassischem Polystyrol völlig fehlt.

Vom Labor bis zur Zellkultur

Erste Versuche zeigen bereits, dass sich das neue Polystyrol auf herkömmlichen Spritzgussanlagen verarbeiten lässt. Im Labormaßstab entstanden zunächst Mini-Petrischalen in der Größe einer Ein-Euro-Münze. Untersuchungen mit menschlichen Stammzellen deuten zudem darauf hin, dass das Material biologisch gut verträglich ist und sich für Zellkulturanwendungen ebenso eignet wie kommerziell erhältliches Polystyrol – eine Perspektive, die weit über Verpackungen und Bauelemente hinausreicht.

„Bislang hat sich die Mikrowellentechnologie in der Polymersynthese noch nicht breit durchgesetzt", so Prof. Francesca Toma, Leiterin des Hereon-Instituts für Funktionale Materialien für Nachhaltigkeit und Initiatorin des Projekts. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass sie sich als energieeffizientere Alternative für gesteuerte Polymerisationsprozesse etablieren könnte."

Die Organische Chemie mit Schwerpunkt Polymere an der BTU

Die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Axel T. Neffe am Institut für Materialchemie der BTU Cottbus–Senftenberg forscht an der Synthese und Funktionalisierung von Polymeren mit Blick auf Nachhaltigkeit, Abbaubarkeit und biomedizinische Anwendungen. Mit Projekten wie diesem positioniert sich die BTU als Partnerin für exzellente, anwendungsnahe Materialforschung im Verbund mit außeruniversitären Forschungseinrichtungen und Universitäten im In- und Ausland.

Publikation: Nhem et al., Chem Circularity 2026, 1, 100163. DOI: 10.1016/j.checir.2026.100163