{"id":50702,"date":"2022-03-15T16:27:34","date_gmt":"2022-03-15T15:27:34","guid":{"rendered":"https:\/\/www.die-stadtzeitung.de\/?p=50702"},"modified":"2022-03-15T16:27:34","modified_gmt":"2022-03-15T15:27:34","slug":"das-makromolekuel-und-seine-weitreichenden-folgen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.die-stadtzeitung.de\/index.php\/2022\/03\/15\/das-makromolekuel-und-seine-weitreichenden-folgen\/","title":{"rendered":"Das Makromolek\u00fcl und seine weitreichenden Folgen"},"content":{"rendered":"
\"\"Prof. Dr. Ullrich Scherff – \u00a9 privat<\/span><\/div>\n

1922 f\u00fchrte der Chemiker und sp\u00e4tere Nobelpreistr\u00e4ger Hermann Staudinger den Begriff \u201eMakromolek\u00fcl\u201c in die Wissenschaft ein. Wer war dieser Mann und was umschrieb er mit diesem Begriff?<\/strong><\/p>\n

Dr. Ullrich Scherf: „Hermann Staudinger, das ist heute unumstritten, ist der Pionier des Fachgebietes der Makromolekularen Chemie. Der anf\u00e4ngliche Widerstand gegen seine Lehrmeinungen war vor 100 Jahren immens und sehr ausgepr\u00e4gt. Das war aus der Logik der Wissenschaften damals sogar teilweise verst\u00e4ndlich. Es war zwar schon lange bekannt, dass man f\u00fcr verschiedene Stoffe, die man auch teilweise aus Naturprodukten isoliert hat, z.B. Naturkautschuk, dem gummiartigen Stoff aus dem Milchsaft (Latex) verschiedener Kautschukpflanzen, hohe Molekulargewichte messen konnte. Aber es gab zwei verschiedene Auffassungen. Auf der einen Seite standen die Verfechter der Aggregat- oder Kolloid-Hypothese, auf der anderen Seite stand die Vorstellung der Existenz von Makromolek\u00fclen (Polymeren). Staudinger vertrat die Auffassung, dass es lange Fadenmolek\u00fcle gibt, die aus periodischen Wiederholungseinheiten zusammengesetzt sind.<\/p>\n

Dazu muss man wissen, dass das mit dem Instrumentarium damals gar nicht so einfach zu beweisen war, denn das analytische Instrumentarium der Naturwissenschaften ist bei weitem nicht mit dem heutigen Stand der Technik vergleichbar. Daher war das damals schon so eine Mischung aus Indizien, die er anf\u00fchrte. Festzuhalten bleibt, dass Hermann Staudinger der Makromolek\u00fcl-Hypothese nach einigen Jahren trotz prominentem Wiederstandes zum endg\u00fcltigen Sieg verhalf, u.a. durch Messungen der Viskosit\u00e4t von Polymerl\u00f6sungen, durch Abbauexperimente und durch sogenannte polymeranaloge Umsetzungen, das sind chemische Ver\u00e4nderungen an schon bestehenden Polymerketten. In den 40er und 50er Jahren sind dann die ersten Polymere so wie Nylon vollsynthetisch hergestellt worden und best\u00e4tigten auf ganzer Linie seine Hypothese.“<\/p>\n

Am Anfang wehrten sich viele wissenschaftliche Kollegen gegen diesen Begriff. Warum?<\/strong><\/p>\n

Dr. Ullrich Scherf: „Vielleicht war die Streitkultur vor 100 Jahren noch ausgepr\u00e4gter als heute. Die Existenz von chemischen Verbindungen, die z.B. aus langen Ketten von Tausenden von Kohlenstoffatomen bestehen, die periodisch aus gleichen Einheiten (=Wiederholungseinheiten) aufgebaut sind, passte nicht ins naturwissenschaftliche Weltbild vieler Gegner der Makromolek\u00fcl-Hypothese.<\/p>\n

\"\"\u00a9 Bergische Universit\u00e4t<\/span><\/div>\n

Ein Argument dabei war: Viele Polymere sind kristallin oder genauer teilkristallin, und einige Kristallographen hielten es f\u00fcr grunds\u00e4tzlich unm\u00f6glich, dass ein Molek\u00fcl gr\u00f6\u00dfer ist als seine Elementarzelle (eine Elementarzelle ist die kleinste Einheit eines Kristalls). Man kann sagen, dass der Widerstand nicht auf klaren Argumenten beruhte, aber wenn zu den Gegnern auch prominente Nobelpreistr\u00e4ger geh\u00f6ren, kann es schon mal schwierig werden.“<\/p>\n

Man teilt Makromolekulare Stoffe in nat\u00fcrliche, halbsynthetische und synthetische Stoffe ein. K\u00f6nnen sie da mal ein paar Beispiele nennen?<\/strong><\/p>\n

Dr. Ullrich Scherf: „Das ist zun\u00e4chst einmal die typische Einteilung f\u00fcr Makromolekulare Stoffe. Die Polymerwissenschaften sind sehr technologisch gepr\u00e4gt, es geht weniger um Strukturen und Mechanismen als mehr um technologische Aspekte.
\nNat\u00fcrlich vorkommende Polymere sind solche, die aus Naturprodukten ohne chemische Ver\u00e4nderungen gewonnen, formgebend verarbeitet und verwendet werden, also Cellulose (z.B. aus Baumwolle oder Holz), St\u00e4rke oder Naturkautschuk. Halbsynthetische Polymere sind chemisch ver\u00e4nderte, abgewandelte Naturprodukte wie modifizierte St\u00e4rke der Lebensmittelindustrie, Methylzellulose als Tapetenkleister, oder vulkanisierter, d.h. mit Schwefel vernetzter Naturkautschuk als Elastomer, also elastisch verformbarer Kunststoff. Ganz nebenbei, solche Elastomere, also Gummis, waren schon seit Mitte des 19. Jahrhunderts entwickelt, kommerziell hergestellt und wurden z.B. als Bereifung von Fahrzeugen eingesetzt, nat\u00fcrlich ohne Kenntnis der makromolekularen Natur der Werkstoffe.<\/p>\n

Synthetische Polymere umfassen alle heute synthetisch hergestellten Polymere als Hauptbestanteil von Kunstoffen. Das basiert auf der Petrochemie, also auf Erd\u00f6l und Erdgas. Angefangen von Massenpolymeren wie Polyethylen und Polyvinylchlorid (PVC) \u00fcber h\u00f6herwertige Polymere wie Polyethylenterephthalat -daraus sind unsere PET-Flaschen hergestellt- oder Polyurethane (Montageschaum im Bauwesen) bis zu Spezialpolymeren gibt es da ein gro\u00dfes Spektrum. Das ist eine richtige \u201ePolymerpyramide\u201c mit sogenannten Massenpolymeren (Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid PVC) als Basis und h\u00f6chstwertigen Spezialpolymeren als Spitze.2<\/p>\n

Einer der bekanntesten makromolekularen Stoffe ist der Kunststoff. Kann man heute r\u00fcckblickend sagen, Staudinger hat mit seiner Forschung sozusagen die Grundlagen f\u00fcr die schnelle Entwicklung der chemischen Industrie geliefert?<\/strong><\/p>\n

Dr. Ullrich Scherf: „Kunststoffe (=Plastik) sind makromolekulare Stoffe, die mit Additiven (Zusatzstoffen) versehen sind, die zur Stabilisierung, zur Weichmachung, zur Verbesserung ihrer Eigenschaften, zum Anf\u00e4rben etc. dienen. Das k\u00f6nnen bis 40% Additive sein. Man muss sich vorstellen, das gro\u00dfe Teile der chemischen Produktion heutzutage im Bereich Kunststoffe angesiedelt sind. Kunststoffe machen heute einen Riesenanteil der chemischen Produktion aus. Die Weltproduktion von Kunstoffen 2020 belief sich auf 367 Mio. Tonnen, davon allein in Europa 55 Mio. Tonnen. Nat\u00fcrlich sind Kunststoffe wegen ihrer attraktiven Eigenschaftsprofile (z.B. geringes Gewicht verbunden mit hoher Festigkeit oder gro\u00dfer Elastizit\u00e4t, sehr gute Formbarkeit) eine markante technologische Errungenschaft der letzten 100 Jahre. Sie waren auch ein Treiber f\u00fcr die Entwicklung der chemischen Industrie und das geht zur\u00fcck auf Staudinger, weil sein Konzept in den 40er Jahren voll best\u00e4tigt wurde.“<\/p>\n

Kunststoff als makromolekularer synthetischer Stoff k\u00f6nnte in einem Kreislaufverfahren verwertet werden. Das geschieht aber nicht. Warum treten wir beim Thema Umweltschutz in Sachen Kunststoff auf der Stelle?<\/strong><\/p>\n

Dr. Ullrich Scherf: „Damit sind wir bei den aktuellen Problemen der Kunststoffnutzung. Die Stoffkreisl\u00e4ufe sind heute gr\u00f6\u00dftenteils noch offen, und es werden j\u00e4hrlich Hunderte Millionen Tonnen an Kunstoffen in die Kreisl\u00e4ufe eingespeist. Im schlechtesten Fall landen die Kunststoffe unkontrolliert in der Umwelt. Prominentes Beispiel sind die Plastik-verschmutzten Weltmeere. Im zweitschlechtesten Fall werden die Kunststoffe deponiert, verbunden mit dem Risiko, das meist niedermolekulare Additive und sogenannte Restmonomere ausgewaschen und in die Umwelt freigesetzt werden. Diese Additive sind oft nicht ungef\u00e4hrlich, wie z.B. die aktuelle Diskussion um Weichmacher im PVC beweist. Teilweise ist die EU inzwischen regulatorisch aktiv geworden, auch nachdem eine breitere \u00d6ffentlichkeit sensibilisiert wurde.<\/p>\n

In Br\u00fcssel geschah und geschieht das immer im Wechselspiel und Ringen der Lobbygruppen um Einfluss, und die Lobby der Kunststoff-Hersteller und Kunststoff-Verarbeiter ist in Europa traditionell stark vertreten. In Deutschland werden viele Kunststoffe aus dem M\u00fcll derzeit energetisch verwertet, d.h. in M\u00fcllverbrennungsanlagen verbrannt. Dabei entstehen aber auch Feinst\u00e4ube und Aschen, die fachgerecht und aufw\u00e4ndig als Sonderm\u00fcll entsorgt werden m\u00fcssen. Das Schlie\u00dfen der Stoffkreisl\u00e4ufe durch eine stoffliche Verwertung von Kunststoffabf\u00e4llen, z.B. durch Pyrolyseverfahren, ist generell m\u00f6glich, die wissenschaftlichen Grundlagen sind etabliert. Jedoch sind riesige Investitionen und wohl auch regulatorische Eingriffe notwendig, um das Umsteuern zu initiieren und zu verwirklichen.“<\/p>\n

Was k\u00f6nnen wir tun?<\/strong><\/p>\n

Dr. Ullrich Scherf: „Bei unseren heutigen Problemen zur Kunststoffnutzung f\u00e4llt mir ein Zitat von Albert Einstein ein: \u201eProbleme kann man niemals mit derselben Denkweise l\u00f6sen, durch die sie entstanden sind.\u201c Allein die Modifizierung und Optimierung etablierter Prozesse der Polymerherstellung wird die ben\u00f6tigte Trendwende nicht hervorrufen k\u00f6nnen. Die \u00b4reinen` Herstellungsprozesse sind heute oft schon so weit optimiert, dass sie sehr energieeffizient und ressourcenschonend sind. Bei der Polyethylenproduktion, zum Beispiel, werden, auf der einen Seite, in kontinuierlich arbeitende Gasphasenreaktoren Ethylengas und sehr geringe Mengen an hocheffizienten Katalysatoren eingespeist und auf der anderen Seite fertiges Polyethylen-Granulat entnommen, ohne die Verwendung von L\u00f6sungsmitteln oder anderen Hilfsstoffen. Bei der Produktion fallen so kaum Abf\u00e4lle an. Derzeit behindert der sehr geringe Herstellungs- und Verkaufspreis von Massenpolymeren wie Polyethylen oder Polypropylen, als Hauptbestandteil vieler heute verwendeter Kunststoffe, essenzielle Anstrengungen, beim Schlie\u00dfen der Stoffkreisl\u00e4ufe weiter zu kommen.<\/p>\n

Ein wichtiger und wohl notwendiger Schritt dazu w\u00e4re, die Polymer- und Kunststoffproduzenten auch zur Haftung f\u00fcr eine generell zu erfolgende, stoffliche Wiederverwertung der Kunststoffabf\u00e4lle anzuhalten, ggf. auch zu zwingen. Dabei scheint es mir notwendig, die Kunststoffproduktion auf das \u00f6kologisch vertretbare Ma\u00df zu reduzieren, d.h. besonders die Neuproduktion von Kunststoffen drastisch zu reduzieren. Gleichzeitig m\u00fcssen sich in der Zukunft alle in den Markt eingespeisten Kunststoffprodukte streng am Ma\u00dfstab der M\u00f6glichkeit und Machbarkeit ihrer stofflichen Wiederverwertung orientieren und ausrichten. Die Herstellungsprozesse f\u00fcr makromolekulare Stoffe gen\u00fcgen, wie gesagt, heute schon zu einem erheblichen Teil den hohen Standards f\u00fcr nachhaltige Prozesse. Das Problem ist, die Stoffkreisl\u00e4ufe nach dem Ende der Nutzungsperiode der Kunststoffprodukte wieder zu schlie\u00dfen.“<\/p>\n

Herr Scherf, Sie leiten den Arbeitskreis Makromolekulare Chemie an der Bergischen Universit\u00e4t und arbeiten mit Kooperationspartnern an einem ultraschnellen optischen Schalter. Welche Aufgabe hat die makromolekulare Chemie bei diesem Projekt?<\/strong><\/p>\n

Dr. Ullrich Scherf: „Heute muss Wissenschaft interdisziplin\u00e4r zusammenarbeiten, das ist ganz klar. Meine Arbeitsgruppe besch\u00e4ftigt sich mit Spezialpolymeren mit ganz speziellen elektronischen und optischen Eigenschaften, weit weg vom eben skizzierten Kunststoffproblem, ganz oben an der Spitze der \u201ePolymerpyramide\u201c. Eine der Entwicklungslinien dabei sind optische Bauelemente, die auf dem Prinzip der starken Licht-Materie-Kopplung basieren. Man versucht mit solchen optischen Bauelementen sehr hohe Daten\u00fcbertragungsraten zu generieren, Daten\u00fcbertragungsraten, die noch weit \u00fcber den heute Gebr\u00e4uchlichen liegen. Das Forschungsgebiet nennt sich Quantenoptik. Hier geht es um die H\u00f6chstgeschwindigkeits\u00fcbertragung von Daten.<\/p>\n

Eine Anwendungsvision dazu w\u00e4re die effiziente Vernetzung von Quantencomputern. Im Jahr 2019 konnte in einer Kooperation zwischen IBM Research Z\u00fcrich und der University of Southhampton der erste ultraschnelle optische Transistor pr\u00e4sentiert werden, welcher bei Raumtemperatur betrieben wird. Die Arbeitsgruppe Scherf an der Bergischen Universit\u00e4t lieferte daf\u00fcr die ben\u00f6tigten, aktiven Polymermaterialien. Bei diesen optischen Bauelementen flie\u00dft kein Strom mehr, sondern das neue Medium der Daten\u00fcbertragung ist nunmehr Licht.“<\/p>\n

Uwe Blass\u00a0<\/strong><\/p>\n

 <\/p>\n

\"\"Prof. Dr. Ullrich Scherff – \u00a9 privat<\/span><\/div>\n

\u00dcber Prof. Dr. Ulrich Scherf<\/h4>\n

Prof. Dr. Ullrich Scherf leitet das Lehrgebiet Makromolekulare Chemie in der Fakult\u00e4t f\u00fcr Mathematik und Naturwissenschaften an der Bergischen Universit\u00e4t. 2010 wurde er gesch\u00e4ftsf\u00fchrender Direktor des Interdisziplin\u00e4ren Zentrums \u201eInstitut f\u00fcr Polymertechnologie\u201c ebenda.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Im Rahmen der Uni-Reihe „Jahr100Wissen-Interview“ hat sich Uwe Blass mit Dr. Ullrich Scherf, Professor der Bergischen Universit\u00e4t, \u00fcber die Einf\u00fchrung des Begriffs „Makromolek\u00fcl“ und den weiten Weg zur\u00fcck in den geschlossenen Stoffkreislauf unterhalten.<\/p>\n","protected":false},"author":7,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[27],"tags":[],"class_list":["post-50702","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-wissen"],"publishpress_future_action":{"enabled":false,"date":"2026-05-28 15:55:26","action":"change-status","newStatus":"draft","terms":[],"taxonomy":"category","extraData":[]},"publishpress_future_workflow_manual_trigger":{"enabledWorkflows":[]},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.die-stadtzeitung.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/50702","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.die-stadtzeitung.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.die-stadtzeitung.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.die-stadtzeitung.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/7"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.die-stadtzeitung.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=50702"}],"version-history":[{"count":7,"href":"https:\/\/www.die-stadtzeitung.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/50702\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":50711,"href":"https:\/\/www.die-stadtzeitung.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/50702\/revisions\/50711"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.die-stadtzeitung.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=50702"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.die-stadtzeitung.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=50702"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.die-stadtzeitung.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=50702"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}