Materialforschung Guter Gummi gesucht

Aus Kautschukmilch entstehen mehr als 40.000 Produkte.

(Foto: imago stock&people)
  • Mehr als 13 Millionen Tonnen Kautschuk werden jedes Jahr auf Plantagen handgezapft und zu Gummi verarbeitet, etwa für Autoreifen oder Schuhsohlen.
  • Nun haben chinesische Forscher einen Durchbruch bei der Entwicklung einer künstlichen Alternative erzielt.
  • Produkte aus Naturkautschuk lassen sich bislang kaum recyceln. Die Gummi-Alternative aus China soll dieses Problem lösen.
Von Andrea Hoferichter

Der Saft des Kautschukbaums fließt in der Früh am besten. Noch vor dem Morgengrauen schwärmen die Arbeiter auf den Plantagen aus und ritzen mit scharfen Messern Furchen in die Rinde von hunderten Bäumen, bis eine weiße Flüssigkeit in Sammelbehälter rinnt. Die Latexmilch enthält winzige Kautschukkügelchen und damit den Rohstoff für mehr als 40 000 verschiedene Produkte, vor allem für Autoreifen, aber auch für Dichtungen, Matratzen, Schuhsohlen oder Kondome. Mehr als 13 Millionen Tonnen Kautschuk werden jedes Jahr mühsam handgezapft, von der Flüssigkeit getrennt und durch eine chemische Reaktion namens Vulkanisation zu Gummi umgesetzt, ein zugleich festes und selbst in der Kälte elastisches Material.

Seit vielen Jahrzehnten versuchen Chemiker, eine ebenbürtige Alternative im Labor zu kreieren, bisher ohne Erfolg. Doch kürzlich verkündeten Forscher von der Sichuan Universität Vollzug. Ihr Material sei nicht nur genauso fest und elastisch wie vulkanisierter Naturkautschuk, sondern, anders als dieser, auch recycelbar, schreiben sie im Fachblatt Angewandte Chemie. "Bei der Vulkanisation werden chemische Bindungen geknüpft, die sich nur schwer wieder aufbrechen lassen", sagt Projektleiter Yuan-Ziang Xu. Deshalb lässt sich Gummi bisher bestenfalls zu niederwertigen Produkten wie Lärmdämmung für Schienen oder Fallschutzmatten für Spielplätze "downcyceln". Oft wird es in Zementwerken schlicht verbrannt.

Xus neuer Werkstoff ist offenbar auch ohne Vulkanisation fest wie Gummi, vor allem durch Eiweißbausteine, die zum Beispiel Spinnenseide stärker als Stahl machen. Wie Naturkautschuk besteht er aus ineinander verschlungenen Kohlenstoffketten mit verschiedenen Anhängseln, die für einen besonderen Effekt sorgen: Wird das Material gezogen oder gedrückt, richten sich die Ketten parallel aus und das Material wird fester. Lässt man los, schnurren die langen Moleküle wieder zum Knäuel zusammen. Anders als im vulkanisierten Naturprodukt sind die Kohlenstoffketten in Xus Werkstoff aber nicht durch chemische Bindungen miteinander vernetzt, sondern über elektrostatische Anziehungskräfte zwischen Kettenanhängseln mit unterschiedlichen elektrischen Teilladungen. "Diese Bindungen können durch hohe Temperaturen oder geeignete Lösungsmittel wieder aufgelöst werden", sagt er.

Hält das Material, was es verspricht, wäre es ein Durchbruch. Zwar kommen längst verschiedene künstliche Kautschukvarianten zum Einsatz, in der Gesamtmenge sogar etwas mehr als natürlicher Kautschuk. Doch keine liefert ein ebenso strapazierfähiges Gummi. "Die Enzyme im Kautschukbaum sind sehr effektiv und produzieren in der Struktur sehr einheitliches sogenanntes Cis-1,4-Polyisopren mit einer Reinheit von über 99 Prozent", sagt Ulrich Giese vom Deutschen Kautschukinstitut in Hannover. Im Labor ließen sich nur Reinheiten unter 99 Prozent erreichen. Klingt kaum schlechter, doch nur wenige Verunreinigungen verhindern offenbar, dass sich die Kohlenstoffketten wie im Naturmaterial unter Belastung parallel ausrichten können. Auch Versuche, das kautschukproduzierende Enzym aus dem Baum für eine mikrobielle Produktion im Reaktor zu isolieren, verliefen Giese zufolge "offenbar erfolglos".

Spätestens wenn ein gefürchteter Pilz die Plantagen erreicht,werden neue Stoffe gebraucht

Auch der Beweis, dass der künstliche Kautschuk aus Xus Labor als gleichwertige Alternative zu Naturgummi taugt, stehe noch aus. "Ich bezweifele, dass es zum Beispiel nach 72 Stunden Dauerdruck, wie es übliche Qualitätstests verlangen, seine ursprüngliche Form wieder annimmt", sagt der Chemiker. Wegen der Recyclingfähigkeit sei die Idee aber in jedem Fall wert, weiter verfolgt zu werden.

"Das ökonomische Recycling von vulkanisiertem Kautschuk, etwa von Reifen, ist ein bisher ungelöstes Problem", sagt Gerhard Langenberger von der Universität Hohenheim in Stuttgart. Allerdings hänge die Ökobilanz von Kautschukprodukten nicht zuletzt von den eingesetzten Ressourcen ab. Während Synthesegummi zurzeit in der Regel aus Erdöl hergestellt werde, handele es sich bei Naturkautschuk um einen nachwachsenden Rohstoff, ganz im Sinne der politisch gewollten Bioökonomie. Langenberger forscht zu den ökologischen und gesellschaftlichen Folgen des Kautschukanbaus im tropischen Asien. Dass viel Regenwald für die Anbauflächen weichen musste, sei ein großes Manko, räumt er ein. "Auf der anderen Seite ist eine Kautschukplantage ökologisch deutlich besser zu bewerten und nachhaltiger als etwa ein Maisacker oder eine Bananenplantage, denn die Bäume können bis zu einem Alter von 30 Jahren genutzt werden."

Als besonders umweltfreundlich wird mitunter wilder Kautschuk aus Brasilien oder Peru und sogenannter Dschungelkautschuk ins Spiel gebracht, der vor allem in Indonesien in Tropenwäldern zwischen andere Bäume gepflanzt wird. Die Mengen für den Massenmarkt kommen so allerdings nicht zusammen, wie eine Studie der Bonner Organisationen Südwind und Global Nature Fund (GNF) zeigt. Das Gleiche gilt für Pflanzen, die kautschukähnliche Substanzen liefern und an denen manche Reifenhersteller forschen - etwa der russische Löwenzahn und die Wüstenpflanze Guayule. "Auch diese Pflanzen brauchen Anbauflächen, müssen bewirtschaftet werden und können damit Umweltauswirkungen haben, beziehungsweise mit anderen Agrarprodukten um Flächen konkurrieren", sagt Langenberger.

Dabei könnten Alternativen zu Gummi aus Naturkautschuk in Zukunft gebraucht werden. Spätestens, wenn der Pilz Microcyclus ulei Asien erreicht. In Brasilien, der Heimat der Kautschuks, war er Anfang des letzten Jahrhunderts aktiv, hat dort praktisch alle Bestände vernichtet und alle weiteren Versuche, großflächige Plantagen zu etablieren, scheitern lassen. Welche Rolle die Gummi-Alternative aus Xus Labor im Fall einer Pilzattacke aus Übersee spielen wird, bleibt abzuwarten. "Die Synthesemethode steckt noch in den Kinderschuhen", räumt der Chemiker ein. Sein Team sei aber optimistisch und hätte mittlerweile mit billigeren Ausgangssubstanzen sogar noch bessere mechanische Eigenschaften erreicht. Als Nächstes wollen sie erste Produkte aus ihrem Material fertigen.

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