Polyhydroxybutyrat / karbonisiertes Altreifen-Gummibiokomposit-Folien

Alte Reifen in neue Materialien verwandeln

Jedes Jahr türmen sich Berge abgenutzter Autoreifen, die sich der Zersetzung widersetzen und Deponien sowie die Umwelt langfristig belasten. Gleichzeitig sucht die Gesellschaft nach umweltfreundlicheren Kunststoffen, die sich naturgemäß abbauen, statt jahrhundertelang zu verbleiben. Diese Studie verknüpft beide Herausforderungen und stellt eine einfache Frage: Lassen sich die kohlenstoffreichen Rückstände alter Reifen mit einem biologisch abbaubaren Kunststoff zu neuen, nützlichen Materialien mischen? Durch die Kombination von recyceltem Reifenabfall mit einem pflanzenfreundlichen Kunststoff namens PHB untersuchen die Forscher einen Weg, ein Entsorgungsproblem in eine wertvolle Ressource für nachhaltige Produkte zu verwandeln.

Vom Reifenabfall zum nutzbaren Kohlenstoff

Die Forscher beginnen mit Gummiresten aus gebrauchten Reifen und unterziehen sie einer Hochtemperaturbehandlung, einem Prozess, der als Pyrolyse bekannt ist und ein kohlenstoffreiches Feststoffprodukt zurücklässt. Dieses Material, karbonisierter Reifenabfall (CWR), verhält sich ähnlich wie fein verteilte Holzkohle. Anstatt dieses Material ungenutzt zu lassen, mischt das Team es in winzigen Mengen – zwischen 0,5 % und 2 % Gewichtsanteil – in PHB, einen von bestimmten Bakterien produzierten biologisch abbaubaren Kunststoff. Mit einer Lösungsgussmethode lösen sie PHB auf, mischen die Kohlenstoffpartikel ein und verdampfen die Flüssigkeit, um dünne, flexible Verbundfolien zu bilden, die an Frischhaltefolie erinnern, jedoch mit dunklen Sprenkeln durch das eingebettete Kohlenstoffmaterial.

Prüfung der Hitzebeständigkeit und Stabilität

Um herauszufinden, wie sich diese neuen Folien bei Hitze verhalten, messen die Forscher, wie sich deren Gewicht und Energieaufnahme mit steigender Temperatur ändern. Sie beobachten, dass alle Proben beim Erhitzen in drei Hauptschritten zerfallen. Der größte Kunststoffanteil zersetzt sich bei etwa 290 Grad Celsius, ein Kennzeichen von PHB selbst, während der Reifen-Kohlenstoff bei etwas höheren Temperaturen abbrennt. Wichtig ist, dass der zugesetzte Kohlenstoff die Temperaturen, bei denen der Kunststoff schmilzt oder zu degradieren beginnt, nicht signifikant verschiebt, sodass das Verarbeitungsfenster von PHB erhalten bleibt. Allerdings nimmt die Menge an nichtverbrennbarem Rückstand bzw. Asche mit steigendem Anteil an karbonisiertem Gummi deutlich zu, was darauf hinweist, dass das Reifenmaterial als stabiles Gerüst zurückbleibt, wenn der Kunststoff verbrennt.

Leitfähigkeit hinzufügen, ohne die Chemie zu verändern

Das Team untersucht außerdem, wie gut die Folien Strom leiten – eine wichtige Eigenschaft für Anwendungen wie antistatische Verpackungen oder einfache elektronische Bauteile. Reines PHB verhält sich fast wie ein elektrischer Isolator, aber mit zugesetztem Reifen-Kohlenstoff steigt die Leitfähigkeit in den Bereich, der für halbleitende Materialien typisch ist. Die beste Leistung zeigt sich bei etwa 1 % karbonisiertem Gummi, wo die Partikel gut verteilt genug sind, um durchgehende Pfade für elektrische Ladungen zu bilden. Bei höheren Anteilen beginnen die Partikel zu verklumpen, stören diese Pfade und senken die Leitfähigkeit wieder etwas. Chemische Analysen mittels Infrarot zeigen nur kleine Verschiebungen in den charakteristischen Signalen von PHB, was darauf hindeutet, dass der gummiabgeleitete Kohlenstoff im Kunststoff sitzt, statt stark mit ihm zu reagieren.

Im Inneren der Folie: Poren und gut gemischte Partikel

Mikroskopische Aufnahmen der Querschnitte der Folien zeigen eine poröse Innenlandschaft, geformt durch die Art des Gusses aus Lösung. Während das Lösungsmittel langsam verdunstet, bilden sich winzige Hohlräume im Material. Innerhalb dieser schwammartigen Struktur scheinen die Partikel des karbonisierten Reifens relativ gleichmäßig verteilt zu sein, was auf eine gute Vermischung zwischen dem Kunststoff und dem recycelten Füllstoff hinweist. Diese Porenstruktur kann das mechanische und thermische Verhalten des Materials beeinflussen, zeigt hier aber auch, dass eine einfache, energiearme Herstellungsmethode relativ gleichmäßige, funktionelle Folien aus einer Mischung aus biologisch abbaubarem Kunststoff und reifenbasiertem Kohlenstoff erzeugen kann.

Was das für umweltfreundlichere Produkte bedeutet

Alltäglich gesprochen zeigt diese Arbeit, dass sich eine hartnäckige Abfallart – alte Reifen – in einen nützlichen Bestandteil umweltfreundlicherer Kunststoffe verwandeln lässt. Durch das Einbringen sehr geringer Mengen karbonisierten Reifenrubs bewahren die Forscher das grundlegende Verhalten eines biologisch abbaubaren Kunststoffs, erhöhen gleichzeitig dessen elektrische Leitfähigkeit und lassen Schmelz- und Zersetzungspunkte weitgehend unverändert. Das Ergebnis ist eine neue Klasse dünner Folien, die in Verpackungen und anderen Produkten eingesetzt werden könnten, in denen sowohl Umweltverträglichkeit als auch zusätzliche Funktionalität gefragt sind. Statt Deponien zu füllen, könnten abgefahrene Reifen ein zweites Leben als Teil intelligenterer, nachhaltiger Materialien finden.

Zitation: Şen, F., Zor, M., Candan, Z. et al. Polyhydroxybutyrate / carbonized waste rubber biocomposite films. Sci Rep 16, 9703 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45256-z

Schlüsselwörter: biologisch abbaubare Kunststoffe, Recycling von Altreifen, Biokomposite, nachhaltige Materialien, elektrisch leitfähige Folien