{"id":23599,"date":"2014-12-05T02:28:19","date_gmt":"2014-12-05T00:28:19","guid":{"rendered":"http:\/\/www.innovations-report.de\/html\/berichte\/verfahrenstechnologie\/aus-abfallstoff-mach-bioplastik.html"},"modified":"2014-12-04T13:12:40","modified_gmt":"2014-12-04T11:12:40","slug":"aus-abfallstoff-mach-bioplastik","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/aus-abfallstoff-mach-bioplastik\/","title":{"rendered":"Aus Abfallstoff mach Bioplastik"},"content":{"rendered":"
\"Der
Der Bioplastik PLA wird zunehmend in Verpackungen und Einwegbechern verwendet. Seit diesem Jahr gibt es PLA-Becher auch in verschiedenen ETH-Mensen. (Foto: Bo Cheng \/ ETH Z\u00fcrich)<\/figcaption><\/figure>\n

Polymilchs\u00e4ure findet sich als biologisch abbaubarer Kunststoff vermehrt in Verpackungen und Einwegprodukten. Um den steigenden Bedarf zu decken, haben ETH-Forschende ein Verfahren entwickelt, um Milchs\u00e4ure aus einem Abfallprodukt der Biotreibstoff-Industrie herzustellen.<\/strong><\/p>\n

Plastikm\u00fcll ist eines der gr\u00f6ssten Umweltprobleme unserer Zeit. Die meisten Kunststoffe sind nicht abbaubar, sondern zerfallen lediglich in immer kleinere Bruchst\u00fccke. Zudem bestehen die meisten Kunststoffe aus Erd\u00f6l, einem schwindenden Rohstoff. Aber es gibt vielversprechende Alternativen, zum Beispiel Polymilchs\u00e4ure (PLA f\u00fcr Englisch polylactic acid): Dieses auf Milchs\u00e4ure basierende Polymer ist biologisch abbaubar und beruht auf einem erneuerbaren Rohstoff. PLA findet sich bereits vielfach in Einwegbechern, Kunststoffs\u00e4cken und Verpackungen. Die Nachfrage nach diesem Bioplastik steigt stetig und Experten rechnen mit einem Bedarf von bis zu einer Megatonne PLA pro Jahr bis 2020.<\/p>\n

Die Forschungsgruppen der ETH-Professoren Konrad Hungerb\u00fchler und Javier P\u00e9rez-Ram\u00edrez vom Institut f\u00fcr Chemie- und Bioingenieurwissenschaften stellen nun ein neues Verfahren vor, um Milchs\u00e4ure herzustellen. Ihre Methode ist produktiver, kosteneffizienter und klimafreundlicher als Fermentation, durch welche Milchs\u00e4ure \u00fcblicherweise gewonnen wird. Der gr\u00f6sste Vorteil dabei ist, dass der neue Prozess von einem Abfallprodukt ausgeht: Glyzerin.<\/p>\n

Abfallstoff der Biodiesel-Industrie<\/h3>\n
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Bei der Biodiesel-Produktion entsteht Glyzerin (dunkle Phase) als Nebenprodukt. (Foto: Bo Cheng \/ ETH Z\u00fcrich)<\/figcaption><\/figure>\n

Glyzerin ist ein Nebenprodukt der Herstellung von Biotreibstoffen der ersten Generation. Als solches ist es nicht rein, sondern enth\u00e4lt Spuren von Asche und Methanol. \u00abNiemand weiss, was man mit dieser Menge an Glyzerin anfangen soll\u00bb, sagt Merten Morales, Doktorand in der Gruppe Sicherheits- und Umwelttechnik von ETH-Professor Hungerb\u00fchler. Und es fallen immer gr\u00f6ssere Mengen an: Sch\u00e4tzungen sagen einen Anstieg von drei Megatonnen im Jahr 2014 auf \u00fcber vier Megatonnen in 2020 voraus. Wegen der Verunreinigungen kann dieses Glyzerin nicht in der Chemie- oder Pharmaindustrie zum Einsatz kommen. Ausserdem brennt es sehr schlecht und eignet sich daher nicht f\u00fcr die Energiegewinnung. \u00abNormalerweise sollte es als Abwasser behandelt und aufbereitet werden. Aber um Geld zu sparen und weil es nicht sehr giftig ist, leiten es manche Unternehmen in Fl\u00fcsse oder verf\u00fcttern es an Zuchtvieh\u00bb, sagt Morales. Es gebe aber durchaus Bedenken, wie sich das verunreinigte Glyzerin auf die Tiere auswirke.<\/p>\n

Dass die neue Methode von einem Abfallprodukt ausgeht, ist einer der Vorteile, die sie umweltfreundlicher als konventionelle Verfahren macht. Sie beruht auf zwei Schritten: Beim ersten wandeln Enzyme das Glyzerin in das Zwischenprodukt Dihydroxyaceton um. Anschliessend treibt ein heterogener Katalysator die weitere Reaktion zur Produktion von Milchs\u00e4ure voran.<\/p>\n

Hochleistungs-Katalysator<\/h3>\n

Die Forschenden der Katalyse-Engineering-Gruppe von ETH-Professor P\u00e9rez-Ram\u00edrez konnten den Katalysator so optimieren, dass er hohe Reaktivit\u00e4t und eine lange Lebensspanne aufweist. Er besteht aus einem mikropor\u00f6sen Mineral, einem Zeolit, dessen Struktur chemische Reaktionen in den Mikror\u00e4umen der Poren beg\u00fcnstigt. Durch die enge Zusammenarbeit konnten die beiden Forschungsgruppen die Katalyse Schritt f\u00fcr Schritt verbessern und parallel dazu die jeweilige \u00d6kobilanz des gesamten Verfahrens pr\u00fcfen. \u00abOhne diese Analyse und den Vergleich der \u00d6kobilanz mit dem konventionellen Verfahren, w\u00e4ren wir vielleicht mit der ersten Katalysator-Version zufrieden gewesen. Aber diese stellte sich sogar als weniger umweltfreundlich als die Fermentation heraus\u00bb, erkl\u00e4rt Pierre Dapsens, Doktorand in der P\u00e9rez-Ram\u00edrez-Gruppe. Indem die Forschenden verschiedene Aspekte des Katalysator-Designs verbesserten, konnten sie letztlich das Fermentationsverfahren sowohl aus \u00f6kologischer wie auch aus \u00f6konomischer Sicht \u00fcbertreffen.<\/p>\n

Industrielle Prozesse w\u00fcrden oft \u00abnachhaltig\u00bb gemacht, indem man einfach nur auf einen erneuerbaren Rohstoff umsteige, sagt Cecilia Mondelli, wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Katalyse-Engineering-Gruppe und ebenfalls an der Studie beteiligt. \u00abAber wenn man den gesamten Prozess ber\u00fccksichtigt \u2013 von der Quelle des Ausgangsstoffs bis zum fertigen Produkt, inklusive Entsorgungswege \u2013 erscheinen angeblich nachhaltige Verfahren nicht unbedingt nachhaltiger als die konventionellen.\u00bb<\/p>\n

Ein Drittel weniger CO2<\/sub><\/h3>\n

Ber\u00fccksichtigt man die erh\u00f6hte Produktivit\u00e4t und die Energie, die das neue Verfahren einspart, indem es einen Abfallstoff neuverwertet, verringern sich die CO2<\/sub>-Emissionen im Vergleich zur Fermentation um 30 Prozent. Pro Kilogramm produzierter Milchs\u00e4ure erzeugt das neue Verfahren 6 Kilogramm CO2<\/sub> im Vergleich zu 7,5 Kilogramm bei der konventionellen Methode. Zudem kostet das Verfahren insgesamt weniger, was einen um das 17-fache gr\u00f6sseren Profit erm\u00f6glicht, wie die Forscher berechneten. \u00abWir sind dabei von eher konservativen Annahmen ausgegangen\u00bb, sagt Morales. \u00abWir haben eine relativ hohen Qualit\u00e4t des Glyzerins vorausgesetzt. Aber das Verfahren funktioniert auch mit st\u00e4rker verunreinigtem Glyzerin, was sogar noch kosteng\u00fcnstiger w\u00e4re.\u00bb So k\u00f6nnten Hersteller die Gewinnspanne sogar noch verbessern.<\/p>\n

\u00abDie gr\u00f6ssten Bioplastik-Hersteller sitzen heute zwar in den USA, aber das Verfahren ist relativ einfach und l\u00e4sst sich auch in anderen L\u00e4ndern einsetzen, \u00fcberall wo Biodiesel \u2013 und als Nebenprodukt Glyzerin \u2013 erzeugt werden\u00bb, sagt Dapsens.<\/p>\n

Literaturhinweis<\/h3>\n

Morales M, Dapsens PY, Giovinazzo I, Witte J, Mondelli C, Papadokonstantakis S, Hungerb\u00fchler K, P\u00e9rez-Ram\u00edrez J: Environmental and economic assessment of lactic acid production from glycerol using cascade bio- and chemocatalysis. Energy & Environmental Science, 5. November 2014, doi: 10.1039\/C4EE03352C<\/a><\/p>\n

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