Puzzle Zellen aus Nussschalen: ein Abfallprodukt mit Potential für nachhaltige Materialien?

Im Jahr 2025 werden rund 11 Milliarden Tonnen Kunststoffabfälle die Umwelt verschmutzen. Daher ist eine Kreislaufwirtschaft mit Biotransformation und biologischem Abbau von Kunststoffen auf Erdölbasis ebenso wichtig wie die Einführung biobasierter und biologisch abbaubarer Materialien. Die Umwandlung von lignozellulosehaltiger Abfallbiomasse in kommerziell wertvolle "grüne" Materialien ist ein neuer und vielversprechender Weg, um Abfälle zu minimieren, Kunststoffe zu ersetzen, unseren CO2-Fußabdruck zu verringern und eine grüne Wirtschaft zu fördern. Als Abfallressource schlagen wir Walnuss- und Pistazienschalen vor, in denen wir eine homogene Gewebestruktur entdeckt haben, die auf nur einem Zelltyp basiert: den 3-D-Puzzlezellen. Diese ineinander verschachtelten polylobaten Zellen haben eine enorme Oberfläche und ein Kanalnetz, das die Zellen miteinander verbindet. Die Homogenität, die große Oberfläche und die Kanäle machen diese Zellen für die Umwandlung in biologisch abbaubaren Biokunststoff interessant. Im Rahmen dieses POC werden wir NUTplastics direkt aus Walnussschalenzellen herstellen, die in einem tiefen eutektischen Lösungsmittel gelöst sind. Durch Zugabe von Wasser wird das Lignin regeneriert, und das Lösungsmittel kann recycelt werden. Das Ergebnis dieses geschlossenen Prozesskreislaufs ist eine Nussaufschlämmung als Basis für Biokunststoff. Um den Verbundstoff für verschiedene Anwendungen anzupassen und zu funktionalisieren, schlagen wir bakterielle Cellulosepellikel vor, die bei der Kombucha-Fermentation anfallen. Die reinen Cellulosefibrillen mit hoher Zugfestigkeit sind ein spannendes Gegenstück zu den druckoptimierten Puzzlezellen mit hohem Ligningehalt. Durch die Zugabe verschiedener Anteile von Kombucha-Zellulose werden wir die Materialeigenschaften für verschiedene Anwendungen abstimmen. Unser Ziel ist es, Kombucha-Zellulosefibrillen und Puzzle-Zellen für Textil- und Verpackungsmaterialien zu kombinieren. Durch unseren ERC Consolidator Grant haben wir tiefgreifende Kenntnisse über die Chemie und die Struktur dieser Puzzle-Zellhüllen erlangt und wollen ihre Leistungsfähigkeit in nachhaltigen Materialien nachweisen.