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Kampf dem Plastikmüll: Nachhaltige Entwicklung von Polymeren
aus biogenen Reststoffen

Januar 2019

Eine Plastiktüte,
eine Folienverpackung oder eine Einwegflasche treibt auf der Meeresoberfläche, bis sie auf das Ufer einer großen Insel trifft – eine Insel aus Müll. Jeder kennt die erschütternden Bilder der immer dramatischer werdenden Umweltverschmutzung durch Plastikmüll. Politikerinnen, Umweltaktivisten und Forscherinnen versuchen mit unterschiedlichen Methoden und Erfolgsaussichten, der Müllkrise Herr zu werden.

Zu den klassischen »Drei Rs« der Müllvermeidung – Reduce, Reuse, Recycle – hat sich in den letzten Jahren zunehmend
die Verwendung von biologisch abbaubaren Alternativen gesellt.

Ein Team von Wissenschaftlern
entwickelt am Fraunhofer IPK neuartige Verfahren zur nachhaltigen Produktion solcher Alternativen.
Die bisher zur Verfügung stehenden Methoden, um biologisch abbaubare Verpackungsstoffe zu erzeugen, sind in mehreren Hinsichten ungenügend.

Aus biogenen Reststoffen hergestellte
Biokunststoffprobe


Eine vielversprechende Alternative

stellen abbaubare Polymere aus nachwachsenden Ressourcen dar. Insbesondere Werkstoffe aus Polyhydroxybuttersäure (PHB) stehen dabei im Fokus, denn sie sind einfach im natürlichen Umfeld kompostierbar. Um diese Materialien synthetisieren zu können, müssen jedoch hochwertige biologische Kohlenstoffquellen eingesetzt werden. Bisher greifen Hersteller vor allem auf Palmöl, Glycerin oder Stärke zurück.

Ökonomische und ökologische Beschränkungen
Am Beispiel von Palmöl lässt sich nachvollziehen, warum Biopolymere aus biologischen Quellen bislang keine größere Marktakzeptanz erreicht haben. Sie unterliegen ökologischen und ökonomischen Limitierungen. Produzenten von Biopolymeren stehen auf dem Weltmarkt in erheblicher Konkurrenz zu anderen Branchen, die dieselben Rohstoffe benötigen. Insbesondere für die Biodieselproduktion und die Nahrungsmittelindustrie werden große Mengen Palmöl gebraucht. Durch diese wachsenden Branchen steigt die Nachfrage nach der Ressource und damit deren Preis.

Polymer aus biologischen Abfällen
Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen am Fraunhofer IPK begegnen dieser Herausforderung nun mit einem innovativen Ansatz zur Produktion von Biokunststoffen aus biogenen Reststoffen. Sie entwickeln das neuartige Verfahren im Rahmen eines Verbundprojekts, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird.

Metabolisches Engineering
Mithilfe metabolischen Engineerings entwickelte das Projektteam ein Bakterium, Ralstonia eutropha. Der vom Wildtyp abgewandelte Organismus ist durch molekulargenetische Veränderungen in der Lage, große Mengen des PHB-Kunststoffs herzustellen und in seiner Zellhülle einzulagern.



Produktion von Biokunststoffen aus
biogenen Reststoffen




Keine hochwertigen biologischen Nährstoffe

Zudem ist der Syntheseprozess nicht auf hochwertige biologische Nährstoffe angewiesen. Stattdessen kann das entwickelte Bakterium biogene Reststoffe verwerten, die für andere Anwendungen wie die Biodieselproduktion oder die Nahrungsmittelindustrie nicht verwendet werden können.

Abfallprodukte aus anderen Industrieverfahren
Auch aus ökologischer Sicht ist dieser Ansatz hochinteressant, da ausschließlich biologische Rohstoffe eingesetzt werden, die bei anderen Industrieverfahren als Abfallprodukte anfallen.
Ein Team von Forscherinnen und Forschern aus dem Fraunhofer IPK, dem Fachgebiet Bioprozesstechnik der Technischen Universität Berlin und der Animox GmbH hat gemeinsam in dem Verbundprojekt Kultivierungsprozesse etabliert, die auf der Verwendung von Schlachtabfällen basieren.
Schon im Rahmen des grundlegenden Forschungsprojekts wurden beispielhafte Verpackungssysteme und Single-use-Produkte hergestellt, die zeigen, dass das Verfahren industriell anwendbar und relevant ist.


 

Ansprechpartner / Autor
Christoph Hein
Telefon +49 30 39006-405
E-Mail christoph.hein@ipk.fraunhofer.de

Quellen : Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK)

Sonderdruck des Artikels in FUTUR 3/2018


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