{"id":135494,"date":"2023-11-30T07:37:00","date_gmt":"2023-11-30T06:37:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=135494"},"modified":"2023-12-01T00:48:26","modified_gmt":"2023-11-30T23:48:26","slug":"zukunft-nachhaltig-gestalten-mithilfe-von-mikrobiell-hergestellten-alginaten-lipiden-und-pigmenten","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/zukunft-nachhaltig-gestalten-mithilfe-von-mikrobiell-hergestellten-alginaten-lipiden-und-pigmenten\/","title":{"rendered":"Zukunft nachhaltig gestalten mithilfe von mikrobiell hergestellten Alginaten, Lipiden und Pigmenten"},"content":{"rendered":"\n\n
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Laut Expertensch\u00e4tzungen wird f\u00fcr den europ\u00e4ischen Markt f\u00fcr Farben und Lacke ein Wachstum von 37,2 Mrd. USD im Jahr 2023 auf 41,6 Mrd. USD im Jahr 2028 (Markets and Markets, 2023) erwartet. W\u00e4hrend eine Mehrheit der aktuell eingesetzten Inhaltsstoffe auf fossilen Rohstoffen basiert, zeigen Trends eine steigende Nachfrage nach nachhaltigen Farben und Beschichtungen sowohl f\u00fcr die professionelle wie auch f\u00fcr die sogenannte Do-it-yourself-Branche (DIY). Um einen reibungslosen \u00dcbergang von fossilen zu nachhaltigen Produkten zu erm\u00f6glichen, ben\u00f6tigt die Branche dringend leistungsstarke bio-basierte L\u00f6sungen, besonders f\u00fcr Biopolymere und Lipide, Bindemittel, F\u00fcllstoffe, Pigmente und Additive wie funktionelle Nanomaterialien. Diese Hauptkomponentengruppen repr\u00e4sentieren zusammen rund 70% der Inhaltsstoffe von Farben und Lacken (American Coatings Association, 2023). Hier setzt das Projekt PERFECOAT an. Das EU-finanzierte Forschungsprojekt PERFECOAT<\/a> entwickelt erfolgreich innovative, bio-basierte L\u00f6sungen aus Bio-Abf\u00e4llen und landwirtschaftlichen Reststoffen. Diese werden im Rahmen von drei konkreten Anwendungsf\u00e4llen getestet: UV-h\u00e4rtbare Klarlacke f\u00fcr Holz, wasserbasierte Fassadenfarben f\u00fcr DIY-Anwendungen und wasserbasierte Wandfarben.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Von Alginaten, Xylan, Chitosan bis hin zu Hefe \u2013 ein buntes Buffet bio-basierter Bindemittel<\/h3>\n\n\n\n

Bindemittel<\/a> stellen eine der gr\u00f6\u00dften Herausforderungen bei der Entwicklung von Farben dar. Sie definieren nicht nur die Farbtextur und sichern die Haftung zwischen Pigmenten und der Auftragsoberfl\u00e4che, sondern bestimmen auch dekorative und funktionale Farbeigenschaften wie Klarheit, Flexibilit\u00e4t, UV-Best\u00e4ndigkeit (Vergilbungsfreiheit) sowie Trocknungs- und Aush\u00e4rtungszeit. Um unterschiedliche Alternativen bewerten zu k\u00f6nnen, untersucht das PERFECOAT-Team verschiedene bio-basierte Bindemittel, z.B. modifizierte Alginate (SINTEF), Xanthan (Technische Universit\u00e4t M\u00fcnchen) und Xylan (Celignis). Diese nutzen verschiedene Biomasse-Ressourcen wie landwirtschaftliche Reststoffe, z.B. Pappelholz, Buchenholz, Weizenstroh, und sp\u00e4t geschnittenes Gras. Alle Alginatproben zeigen eine hohe Wasserl\u00f6slichkeit, demonstrieren jedoch auch gute Filmbildungseigenschaften. W\u00e4hrend in einigen F\u00e4llen Mikroorganismen das Ausgangsmaterial in Alginat, Lipide und Terpene umwandeln, kann Xylan Chitin direkt aus Biomasser\u00fcckst\u00e4nden extrahieren. Zur Xylan-Gewinnung bevorzugt das PERFECOAT-Team einen Ansatz, der die Enzymbehandlung und chemische Extraktion kombiniert. Dieses Verfahren f\u00fchrt zu reinem Xylan mit wenigen oder gar keinen Seitenketten.<\/p>\n\n\n\n

Weitere Tests konzentrieren sich auf die Extraktion von Chitosan aus den Schalen von Dublin Bay-Garnelen. Dieser Prozess erfordert eine Entmineralisierung, Entproteinisierung und Entf\u00e4rbung der Krabbenschalen, w\u00e4hrend eine Alkalibehandlung das Chitin in Chitosan umwandelt.<\/p>\n\n\n\n

Das Team untersucht auch die Umwandlung mehrfach unges\u00e4ttigter mikrobieller Lipide in Bindemitteln. Hierbei wandeln unkonventionelle Hefen wie Rhodutorula toruloides<\/em> und Yarrowia lipolytica<\/em> die mehrfach unges\u00e4ttigten \u00d6le und Fetts\u00e4uren in bio-basierte Bindemittel f\u00fcr UV-h\u00e4rtende Anwendungen um und modifizieren diese. Beide Hefen sind in der Lage, Biomasse mit einem Lipidgehalt von > 50 % und > 20 % zu liefern.<\/p>\n\n\n\n

Die vielversprechendsten Ergebnisse als Bindemittelkomponenten zeigen in diesem Projektstadium Xylan, mikrobielle Alginate, \u00d6le und mikrobielle Lipide. Alle Varianten werden kontinuierlich auf ihre Ergiebigkeit, Machbarkeit und Verwendung in Formulierungen getestet.<\/p>\n\n\n\n

Einen weiteren potenziellen Ansatz bietet die Funktionalisierung von Exo-Polysacchariden, anderen Biopolymeren und lipidbasierten Verbindungen zu neuen, bio-basierten Bindemitteln. Mit einem Fokus auf UV-h\u00e4rtbare Bindemittel entwickelt das PERFECOAT-Team erfolgreich einen mikrobiellen Terpen-Produktionsweg und untersucht die Terpene Limonen, Pinen und Sabinen, die mithilfe manipulierter St\u00e4mme der Hefe Yarrowia lipolytica<\/em> produziert werden. Der chemische Charakter und die Reaktivit\u00e4t dieser Verbindungen machen sie im Hinblick auf diesen speziellen Anwendungsfall besonders interessant. Um das Material schlie\u00dflich zu UV-h\u00e4rtbaren Bindemitteln zu funktionalisieren, nutzen die Forschenden die Prozesse der Bio- und\/oder Chemokatalyse.<\/p>\n\n\n

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Die Herstellung bio-basierter Bindemittel im SINTEF-Labor (Source: Sintef)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n
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Innovative nat\u00fcrliche Pigmente aus Hefen und Pilzen <\/h3>\n\n\n\n
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Zu den Zielen des PERFECOAT-Projektes z\u00e4hlen auch die Entwicklung und Herstellung von mindestens zwei verschiedenen Formulierungen f\u00fcr rote Pigmente und Farbstoffe sowie andere Farben. Hier beweist der d\u00e4nische Projektpartner Chromologics Aps seine Vorreiterrolle, indem er innovative neue Pigmente entwickelt und patentiert. Der wasserl\u00f6sliche Farbstoff wird durch die Kombination von Atrorosin mit Maltodextrin als Bindemittel hergestellt, w\u00e4hrend die Pigmente durch Komplexierung mit Aluminium, erg\u00e4nzt durch Magnesium, erzeugt werden. Erste Tests zeigen vielversprechende Ergebnisse hinsichtlich Ergiebigkeit, Farbe und Leistung, mit beeindruckenden Ergebnissen f\u00fcr die Aluminiumvariante f\u00fcr Farben und Beschichtungen. Chromologics sieht zudem gro\u00dfes Potenzial f\u00fcr die Herstellung roter und orangefarbener Pigmente aus dem Pilz Talaromyces Atroroseus<\/em>. Alternative Strategien f\u00fcr Carotinoide nutzen die Hefen R. Toruloides<\/em> und Y. Lipolytica<\/em>, die auch eine Gewinnung des violetten Pigments Violacein erm\u00f6glichen. Violacein ist eine nat\u00fcrlich vorkommende therapeutische Antikrebsverbindung mit tiefvioletter Farbe. Die Zwischenprodukte des Violacein-Biosynthesewegs weisen auch andere Farben auf, wie beispielsweise gr\u00fcn von Prodeoxyviolacein oder rosa von Deoxyviolacein.<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n

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Sch\u00fctzende Eigenschaften durch funktionelle Nanomaterialien und F\u00fcllstoffe<\/h3>\n\n\n\n

F\u00fcllstoffe machen zwischen 10 und 40% der Inhaltsstoffe von Farben aus und sind dadurch ein wichtiger Bestandteil. Die Entwicklung von F\u00fcllstoffen aus mikrobieller Biomasse bietet daher vielversprechende Perspektiven f\u00fcr die bio-basierte Industrie. Hier zeigt die vom PERFECOAT-Partner Borregaard (BG) entwickelte Mikrofibrillierte Cellulose (MFC), auch bekannt als Exilva, eine hervorragende Produktleistung. Exilva ist eine unl\u00f6sliche MFC, die aus einer Verflechtung von Zellulosefasern besteht, die sowohl physikalisch durch ihre extreme Oberfl\u00e4che, als auch chemisch durch Wasserstoffbr\u00fcckenbindungen, interagieren k\u00f6nnen. Rheologische und mechanische Funktionalit\u00e4ten verleihen dem Material als Zusatzstoff in Fertigproduktsystemen eine einzigartige Kombination an Eigenschaften.<\/p>\n\n\n\n

Um verschiedene Eigenschaften zu verbessern und zu erg\u00e4nzen, untersucht das PERFECOAT-Team weitere funktionelle Nanomaterialien, wie beispielsweise polyedrische oligomere Silsesquioxane (POSS). POSS ist ein hybrides organisch-anorganisches Nanomaterial, das aus einem Siliziumdioxidk\u00e4fig mit acht organischen funktionellen Gruppen besteht. Das polyfunktionelle Additiv erh\u00f6ht die Vernetzungsdichte und somit die Kratzfestigkeit von Beschichtungen, bei gleichzeitiger Verbesserung der thermischen und feuerbest\u00e4ndigen Eigenschaften. Die Komponente k\u00f6nnte auch neue Funktionalit\u00e4ten wie Selbstreinigung und Feuerhemmung erschlie\u00dfen und hierdurch die Gesamtleistung des Endprodukts verbessern. Derzeit entwickelt das Team eine breite Palette von POSS-Derivaten auf Wasserbasis, darunter ein UV-h\u00e4rtendes POSS.<\/p>\n\n\n\n

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