Doppelt nützlich: Forschende verwandeln Plastikmüll in Graphen
Plastikmüll wird zur Ressource: Forschende wandeln Mikroplastik in Graphen um, das 200-mal stärker als Stahl ist und zahlreiche umweltfreundliche Anwendungen findet.
Plastikmüll ist eine große Gefahr für die Umwelt, mit Hilfe einer neuen Methode soll nun etwas nützliches daraus entstehen: Graphen.
Foto: PantherMedia / vencav
Plastikmüll ist eines der drängendsten Umweltprobleme unserer Zeit. Während Millionen Tonnen von Plastikabfällen die Weltmeere verschmutzen und das Leben von Tieren und Menschen bedrohen, gibt es nun einen spannenden Ansatz, der nicht nur zur Lösung des Problems beitragen, sondern auch ein hochinnovatives Material hervorbringen könnte: Graphen.
Mikroplastik: Eine unsichtbare Bedrohung
Kunststoffabfälle, insbesondere in Form von Mikroplastik, stellen eine große Gefahr für die Umwelt dar. Diese winzigen Partikel, die oft kleiner als ein Millimeter sind, entstehen, wenn größere Kunststoffteile mit der Zeit zerfallen. Mikroplastik ist biologisch nicht abbaubar und kann Jahrzehnte oder sogar Jahrhunderte in der Umwelt verbleiben.
Einmal in die Gewässer gelangt, wird Mikroplastik von Meereslebewesen aufgenommen und gelangt so in die Nahrungskette – mit potenziell schwerwiegenden Folgen für die Gesundheit von Mensch und Tier.
So erfolgt die Umwandlung in Graphen
Einem Forschungsteam der James Cook University in Singapur ist es gelungen, Mikroplastik effizient in Graphen umzuwandeln. Die Umwandlung erfolgt durch eine neue Technik namens Atmosphärendruck-Mikrowellen-Plasma-Synthese (APMP). Dabei wird das Mikroplastik in einem speziellen Plasma behandelt, das durch Mikrowellen erzeugt wird. Das Ergebnis ist Graphen, ein Material, das nur aus einer einatomigen Lage Kohlenstoff besteht und außergewöhnliche physikalische Eigenschaften aufweist.
Graphen ist nicht nur 200-mal fester als Stahl, sondern auch fünfmal leichter als Aluminium und härter als Diamant. Aufgrund dieser einzigartigen Eigenschaften wird Graphen zunehmend in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, von der Elektronik über die Energiespeicherung bis hin zur Wasserreinigung.
Wichtiger Fortschritt in der Materialwissenschaft
Die Effizienz des neuen Verfahrens ist laut dem Forschungsteam beeindruckend: Aus nur 30 Milligramm Mikroplastik lassen sich in weniger als einer Minute fast 5 Milligramm Graphen herstellen. Das ist eine deutlich höhere Produktionsrate als mit herkömmlichen Methoden und bietet eine umweltfreundlichere und kostengünstigere Alternative.
Dr. Adeel Zafar, einer der leitenden Forscher des Projekts, betont, dass die einfache und schnelle Umwandlung von Mikroplastik in Graphen einen bedeutenden Fortschritt in der Materialwissenschaft darstellt. Das hergestellte Graphen könnte in vielen Bereichen eingesetzt werden, unter anderem in der Sensortechnik, der Wasseraufbereitung und bei der Beseitigung von Schadstoffen wie PFAS, die in der Industrie weit verbreitet sind.
Die Bedeutung dieser Entdeckung geht über die reine Materialproduktion hinaus: Professor Mohan Jacob, ein weiterer Forscher des Teams, betont, dass diese neue Technologie nicht nur dabei hilft, die schädlichen Auswirkungen von Mikroplastik zu verringern, sondern auch einen Beitrag zur Kreislaufwirtschaft leistet. Upcycling, also die Umwandlung von Abfall in wertvollere Materialien, könnte eine Schlüsselrolle im globalen Kampf gegen die Umweltverschmutzung spielen.
So funktioniert die Atmosphärendruck-Mikrowellenplasma-Synthesetechnik
Nachdem die Technik der Mikroplasmasynthese bei Atmosphärendruck bereits kurz vorgestellt wurde, wollen wir nun etwas tiefer in die Materie eintauchen. Im Allgemeinen handelt es sich um eine Methode zur Synthese von Nanomaterialien, insbesondere von Kohlenstoffnanoröhren, Graphen und anderen nanostrukturierten Materialien. Dabei wird mit Hilfe von Mikrowellen bei Atmosphärendruck ein Plasma erzeugt, das chemische Reaktionen ermöglicht, die zur Bildung der gewünschten Materialien führen.
Mikrowellenstrahlung wird verwendet, um ein Plasma zu erzeugen. Ein Plasma ist ein ionisiertes Gas, das Elektronen und Ionen enthält und extrem hohe Temperaturen erreichen kann. Bei der Synthese von Nanomaterialien wird das Plasma genutzt, um Vorläufermaterialien (z.B. kohlenstoffhaltige Gase) zu zersetzen und die gewünschten Nanostrukturen zu bilden. Im Gegensatz zu vielen anderen Plasmasyntheseverfahren, die unter Vakuumbedingungen durchgeführt werden, arbeitet diese Technik bei Atmosphärendruck. Das macht die Anlage einfacher und kostengünstiger, da keine teuren Vakuumkammern benötigt werden.
Ein Beitrag von:
