Polymere & Makromoleküle

Dieselbe Bauweise trägt die Frischhaltefolie und das Erbgut: lange Ketten aus immer gleichen Bausteinen — Polyethylen, Kevlar, Proteine, DNA, Cellulose. Werkstoffkunde und das Gerüst des Lebens fallen hier zusammen.

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Der Beitrag

Ein Polymer ist eine lange Kette, gelegentlich aus Millionen Gliedern, aufgereiht aus einer kleinen, immer gleichen Einheit — dem Monomer. Dass es so etwas überhaupt geben könne, wurde erbittert bestritten: Als Hermann Staudinger 1920 behauptete, Kautschuk, Cellulose und Proteine seien jeweils ein einziges Riesenmolekül und nicht ein loser Haufen kleiner, aneinanderklebender Moleküle, spotteten die Kollegen fünfzehn Jahre lang über ihn. Recht hatte er trotzdem, und der Nobelpreis 1953 sagte es ihm. Da waren die Ketten längst dabei, die materielle Welt umzubauen — Nylon, Polyethylen, Teflon —, und heute bringt die Menschheit über 400 Millionen Tonnen Kunststoff im Jahr hervor. Ausgerechnet die Zähigkeit, die diese Ketten so brauchbar machte, macht ihren Abfall heute so schwer wieder loszuwerden.

Bemerkenswert ist, wie viel aus einem so schlichten Ausgangspunkt folgt. Die Natur kam als Erste auf den Kniff — Cellulose, Proteine, DNA und Naturkautschuk sind allesamt Polymere —, die Industrie holte erst im zwanzigsten Jahrhundert auf. Hat man einmal lange Ketten, genügt eine Handvoll Stellgrößen, um die ganze Spannweite dessen zu erklären, was Kunststoffe sein können. Die erste ist einfach die Länge. Kurze Ethylenketten sind Wachse und Öle; wächst dieselbe Kette auf Tausende Glieder, wird daraus zäher, tragfähiger Kunststoff — aus einem Grund, so hausbacken wie ein Teller Spaghetti: Lange Ketten verhaken sich ineinander und gleiten nicht mehr ohne Weiteres aneinander vorbei. Die zweite ist die Ordnung. Wo die Ketten sich sauber zu kristallinen Bereichen stapeln, wird das Material steif, dicht und oft trüb; wo sie ungeordnet und amorph durcheinanderliegen, bleibt es weich und zäh, und die meisten Kunststoffe sind ein ausgehandelter Kompromiss aus beidem. Die dritte ist die Vernetzung, also die Frage, ob die Ketten untereinander verknüpft sind. Ketten, die bloß nebeneinanderliegen, lassen sich beliebig oft einschmelzen und neu formen — deshalb ist eine Milchflasche aus Kunststoff recycelbar. Leicht verknüpfte Ketten geben dem Gummi seine Federkraft. Und Ketten, die in ein dichtes, dauerhaftes Netz eingebunden sind, ergeben einen harten Duroplast, der nach dem Aushärten nie wieder schmilzt. Länge, Ordnung, Vernetzung: An diesen drei Reglern hängt alles von der Frischhaltefolie bis zur Faser einer kugelsicheren Weste. Dieselbe Logik durchzieht die Biologie, wo ein Protein nichts anderes ist als eine Kette, deren genaue Gliederfolge festlegt, wie sie sich zu einer arbeitenden dreidimensionalen Maschine faltet — eine einzige Zeile Code, die ihre eigene Architektur schreibt.

Warum jetztGenau diese Beinahe-Unzerstörbarkeit ist jetzt das Problem. Von den über zehn Milliarden Tonnen Kunststoff, die je hergestellt wurden, ist das meiste bereits Abfall, und Mikroplastik hat sich in Tiefseegräben, im arktischen Eis und im menschlichen Blut gefunden. Schuld ist eben jenes stabile Kohlenstoffrückgrat, das Polyethylen billig und reaktionsträge macht: Die Natur hat nichts hervorgebracht, das es frisst, also liegt es Jahrhunderte herum. Kaum ein Zehntel allen Kunststoffs ist je recycelt worden, denn jedes Einschmelzen und Neuformen schädigt die Ketten, und gemischter Abfall lässt sich schlecht sortieren. Die versprochenen Auswege — Biokunststoffe aus Pflanzen, chemisches Recycling, das die Ketten wieder zu sauberen Monomeren zerlegt, und neuartige vernetzte Polymere, die sich endlich doch einschmelzen lassen — sind keine Luftschlösser, wachsen aber erst allmählich in die Mengen hinein, um die es geht.