Weizenstroh als Quelle für neue Biokunststoffe

Im Rahmen des Landesprojektes „LIGNOS“ gelang es Wissenschaftlern, landwirtschaftliche Reststoffe wie Weizenstroh vollständig stofflich nutzbar zu machen. Werden die Reststoffe bisher hauptsächlich energetisch genutzt, also verbrannt, können nun neue Materialien z.B. Kunststoffe daraus hergestellt werden. Das vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam-Golm koordinierte Projekt wurde mit 2,8 Mio. Euro durch das Ministerium für Wirtschaft und Europaangelegenheiten des Landes Brandenburg sowie der EU (EFRE-Mittel) gefördert und konnte nun erfolgreich abgeschlossen werden.

Ziel von LIGNOS war die Biopolymergewinnung durch neue biotechnologische Verfahren. Die entwickelten Verfahren beschäftigten sich mit dem Aufschluss von Lignocellulose, die in Pflanzenzellwänden enthalten ist. Mit Hilfe optimierter Vorbehandlung und enzymatischer Konversion wird die Lignocellulose fraktioniert und kann zur Herstellung biobasierter Kunststoffe genutzt werden.

Die Forschungsarbeiten konzentrierten sich auf Weizenstroh, da es eine große Menge Lignin enthält. Weizenstroh fällt in Deutschland in so großen Mengen an, dass es nicht wieder vollständig für landwirtschaftliche Zwecke genutzt werden kann.

Folgende wichtige Ergebnisse wurden erreicht

Die eingesetzte Biomasse (Weizenstroh) war fast vollständig in Lignin und Saccharide (Zuckermoleküle unterschiedlicher Art) konvertierbar.

Das bei relativ niedrigen Temperaturen ablaufende Verfahren ist zudem energetisch und ökologisch deutlich günstiger als die klassische Zellstoffkochung

Die erhaltenen hochwertigen Lignine sind physiologisch unbedenkliche Biopolymere. Sie eignen sich für die Herstellung zahlreicher Kunststoffprodukte (z.B. Thermoplaste zur Fertigung von Formkörpern, Duroplaste zum Gießen besonders temperaturstabiler Formteile und biogene Schmelzkleber für industrielle Anwendungen).

Die zudem durch enzymatische Spaltung der Polysaccharide Cellulose und Hemicellulose gewonnenen Zuckermoleküle eignen sich sowohl für Bioraffineriezwecke, als auch prinzipiell für Anwendungen im Lebensmittelbereich.

Als ebenfalls zukunftsträchtig erscheint die Gewinnung von Zuckerbausteinen für die Herstellung biobasierter Kunststoffe, wie z.B. Polymilchsäure.

In einem geplanten Demonstrationsvorhaben ist vorgesehen, auf Basis von Weizenstroh, Lignin zur Materialentwicklung im Kilogramm-Maßstab zu gewinnen und zu modifizieren. Das Saccharidgemisch wird für die Anwendung im Lebensmittelbereich aufbereitet und für die Eignung als Fermentationsrohstoff untersucht.

Für weitere Agrarreststoffe soll die Anwendbarkeit des neuen Verfahrens erprobt werden, um zu einer ganzheitlichen stofflichen Nutzung von Agrarprodukten beizutragen.

Die Arbeitsgruppe Molekularbiologie der Universität Potsdam beschäftigte sich im Rahmen des Projektes vornehmlich mit der Entwicklung neuer Enzymsysteme. Gemeinsam mit dem Fraunhofer IAP und der aevotis GmbH wurden diese Enzyme für den Aufschluss unterschiedlicher Lignocellulosen optimiert. Begleitet wurde das Vorhaben vom Potsdam Research Network pearls. Das seit 2011 laufende Projekt ordnet sich damit in andere Initiativen zum Ersatz fossiler Ausgangsstoffe durch weitgehend klimaneutral produzierte nachwachsende Rohstoffe ein.

Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Ministeriums für Wirtschaft und Europaangelegenheiten des Landes Brandenburg und der EU gefördert.