DECHEMAX Initiative für Chemische Technik und Biotechnologie

Frage der Woche

Frage der Woche

Natürlich künstlich! Biopolymere

Kunststoffe
Quelle: Pixabay

Ach herrje – was ist denn das jetzt schon wieder?
Polymere sind große Moleküle, die aus mehreren Bausteinen zusammengesetzt sind. Die Bausteine hängen aneinander wie Glieder einer Kette, können aber auch wie ein Netz aussehen oder sogar dreidimensional vernetzt sein. Beispiele sind in der Natur zu finden: Cellulose, die, genauso wie Stärke, aus Zuckermolekülen aufgebaut ist. Beide Polymere haben also denselben Grundbaustein, aber völlig andere Eigenschaften. Das liegt vor allem daran, dass die Bausteine unterschiedlich verknüpft sind. In der Chemie sind Polymere meist als Kunststoffe interessant. Dort werden sie aus Erdöl-Bausteinen hergestellt. Beispiele dafür sind Polyethylen (auch als PE bekannt) oder Nylon. Biopolymere sind Polymere, die entweder in der Natur vorkommen oder in biologischen Systemen gebaut wurden, Polymere aus natürlich hergestellten Bausteinen, die dann chemisch miteinander verknüpft wurden, nennt man „biobasierte Polymere“.
Egal ob in unserem Körper, in der Natur, in unserer Nahrung, in der Medizin oder bei Konsumgütern: Wir sind ständig und überall von Biopolymeren umgeben. Viele Biopolymere werden auch als Bioplastik genutzt und haben - gegenüber „herkömmlich“ hergestellten Polymeren wie z.B. Polyethylen oder Polypropylen - oft einige Vorteile: Zum Beispiel verbraucht ihre Herstellung keine (oder weniger) fossile Rohstoffe wie Erdöl und sie haben oft eine bessere CO2-Bilanz.
Obwohl alle natürlich vorkommenden Biopolymere biologisch abbaubar sind, sind es „synthetisch“ hergestellte biobasierte Polymere nicht zwingend. Umgekehrt können Erdöl-basierte Polymere durchaus biologisch abbaubar sein. Ganz schön kompliziert, oder?

Frage (Klassenstufen 7-11)

Welches der folgenden Polymere ist ein natürlich vorkommendes Biopolymer, welches ein biobasiertes und welches ein Erdöl-basiertes Polymer? Einige der Polymere kann man auf zwei oder sogar alle drei Arten herstellen, uns reicht aber eine richtige Antwort pro Polymer.

Polymethylmethacrylat (Acrylglas)

natürlich vorkommendes Biopolymer
biobasiertes Polymer
Erdöl-basiertes Polymer

Lösung:

Ein eingeschränktes "ja" für das biobasierte Polymer, erdölbasiert ist auf jeden Fall richtig.

cis-1,4-Polyisopren (Kautschuk)

natürlich vorkommendes Biopolymer
biobasiertes Polymer
Erdöl-basiertes Polymer

Lösung:

Hier sind tatsächlich alle 3 Antworten möglich.

Polyhydroxybutyrat (Speicherstoff in Mikroorganismen, interessant als Biopolymer)

natürlich vorkommendes Biopolymer
biobasiertes Polymer
Erdöl-basiertes Polymer

Lösung:

Richtig ist: natürlich vorkommend oder biobasiert.

Cellulose (Pflanzengerüststoff)

natürlich vorkommendes Biopolymer
biobasiertes Polymer
Erdöl-basiertes Polymer

Lösung:

Cellulose als Pflanzengerüststoff kommt natürlich natürlich vor.

Polylactid (Polymilchsäure, z.B. chirurgisches Nähgarn)

natürlich vorkommendes Biopolymer
biobasiertes Polymer
Erdöl-basiertes Polymer

Lösung:

Beim Polylactid haben wir es mit einem biobasierten Polymer zu tun

Polyvinylchlorid (bekannt als PVC - zum Beispiel als Fußbodenbelag)

natürlich vorkommendes Biopolymer
biobasiertes Polymer
Erdöl-basiertes Polymer

Lösung:

PVC ist ein Musterbeispiel für ein erdölbasiertes Polymer

Desoxyribonukleinsäure (DNS, Erbinformation)

natürlich vorkommendes Biopolymer
biobasiertes Polymer
Erdöl-basiertes Polymer

Lösung:

Wenn es denn das Erbgut ist, muss es natürlich sein.

Glycogen (Energiespeicher im Muskel)

natürlich vorkommendes Biopolymer
biobasiertes Polymer
Erdöl-basiertes Polymer

Lösung:

auch das Glykogen hat der Körper selbst genaut.

Hier noch einmal alle Polymere im Überblick:

 

Polymer

Bekannt als/ verwendet für

natürlich vorkommendes Biopolymer

biobasiertes Polymer

Erdöl-basiertes Polymer

1

Polymethylmethacrylat

Acrylglas

 

(X)

X

2

cis-1,4-Polyisopren

Kautschuk

X

X

X

3

Polyhydroxybutyrat

Speicherstoff in Mikroorganismen, interessant als Biopolymer

X

X

 

4

Cellulose

Pflanzengerüststoff

X

 

 

5

Polylactid

Polymilchsäure, z.B. chirurgisches Nähgarn

 

X

 

6

Polyvinylchlorid

PVC, Böden

 

 

X

7

Desoxyribonukleinsäure

DNS, Erbinformation

X

 

 

8

Glycogen

Energiespeicher im Muskel

X

 

 

Zusatzfrage (Klassestufen 8-11)

Ob ein Polymer biologisch abbaubar ist, hängt von seiner jeweiligen Molekülstruktur ab. Bei „verarbeiteten“ Polymeren kommt es zudem darauf an, ob und welche Zusatzstoffe oder Copolymere zugesetzt wurden.
Dass Glykogen als Speichermolekül bei Bedarf vom Körper und somit biologisch abgebaut wird, versteht sich von selbst. Welche der außerdem oben genannten Polymere sind für gewöhnlich biologisch abbaubar?

Kreuzt alle biologisch abbaubaren Polymere an:

Polymethylmethacrylat
cis-1,4-Polyisopren
Polyhydroxybutyrat
Cellulose
Polylactid
Polyvinylchlorid
Desoxyribonukleinsäure

Lösung:

Alle Polymere außer Polymethylmethacrylat und Polyvinylchlorid sind biologisch abbaubar.

Zusatzfrage (Klassestufen 9-11)

Der Einfluss von Beimischungen/Copolymeren auf die biologische Abbaubarkeit eines Polymers lässt sich z.B. beim Gummi für Autoreifen beobachten: Während das Haupt-Polymer eines Autoreifen (cis-1,4-Polyisopren, besser bekannt als Kautschuk) - wenn auch langsam - biologisch zersetzt werden kann, so können die Gummi-Mischungen aus Autoreifen es für gewöhnlich nicht. Dennoch wird auch Altreifen-Gummi recycelt.

Kreuze die im Folgenden richtigen Aussagen an:
Das Gummi von Autoreifen wird

1. zu großen Teilen in Zementwerken als Sekundär-Brennstoff thermisch verwertet
2. an von Behörden festgelegten Orten in der Erde vergraben
3. für die Herstellung von Asphalt verwendet
4. auf riesigen Deponien gelagert, die teilweise sogar auf Satellitenbildern erkennbar sind
5. von Unternehmen im großtechnischen Maßstab biologisch recycelt

Lösung:

Richtig: 1,3,4

Zusatzfrage (Klassestufen 10-11)

Fülle den Lückentext aus:

Kosmetika – Carnaubawachs - Polyhydroxybutyrat (PHB) – Mikroplastik

Vor dem Hintergrund zunehmender Umweltprobleme wie der Ansammlung von

Lösung:

Mikroplastik

im Meer werden immer mehr biologisch abbaubare Polymere/Blends entwickelt oder auch Alternativen gesucht. So wurde z.B. die Verwendung solcher Partikel, die wegen ihrer Reinigungs- und Peelingeffekte in

Lösung:

Kosmetika

eingesetzt werden, in den letzten Jahren deutlich reduziert und zum Teil durch Alternativen wie

Lösung:

Carnaubawachs

ersetzt. Ein sehr bekanntes Biopolymer, welches seit vielen Jahren intensiv erforscht wird, ist

. Dieser Wasser-unlösliche Biopolyester, welcher Bakterien in der Natur als Speicherstoff dient, wurde vor etwa 100 Jahren erstmals näher charakterisiert und ist, nicht zuletzt wegen seiner biologischen Abbaubarkeit, von großem Interesse für verschiedene Anwendungen (z.B. für kompostierbare Lebensmittelverpackungen, Tüten oder Flaschen oder für Implantate in der Medizin). Das Polymer wird fermentativ gewonnen. Die Biosynthese erfolgt in den Bakterien-Zellen z.B. bei Mangel an Phosphor oder Stickstoff bei gleichzeitigem Überangebot an Kohlenstoffquellen wie Zucker.

Lösung:

Polyhydroxybutyrat (PHB)

Und noch einmal der ganze Text:
Vor dem Hintergrund zunehmender Umweltprobleme wie der Ansammlung von Mikroplastik im Meer werden immer mehr biologisch abbaubare Polymere/Blends entwickelt oder auch Alternativen gesucht. So wurde z.B. die Verwendung solcher Partikel, die wegen ihrer Reinigungs- und Peelingeffekte in Kosmetika eingesetzt werden, in den letzten Jahren deutlich reduziert und zum Teil durch Alternativen wie Carnaubawachs ersetzt. Ein sehr bekanntes Biopolymer, welches seit vielen Jahren intensiv erforscht wird, ist Polyhydroxybutyrat (PHB). Dieser Wasser-unlösliche Biopolyester, welcher Bakterien in der Natur als Speicherstoff dient, wurde vor etwa 100 Jahren erstmals näher charakterisiert und ist, nicht zuletzt wegen seiner biologischen Abbaubarkeit, von großem Interesse für verschiedene Anwendungen (z.B. für kompostierbare Lebensmittelverpackungen, Tüten oder Flaschen oder für Implantate in der Medizin). Das Polymer wird fermentativ gewonnen. Die Biosynthese erfolgt in den Bakterien-Zellen z.B. bei Mangel an Phosphor oder Stickstoff bei gleichzeitigem Überangebot an Kohlenstoffquellen wie Zucker.

  Um die Frage der Woche zu beantworten, müsst Ihr euch einloggen.

Copyright: DECHEMA e.V. 1995-2020