{"id":76153,"date":"2020-06-24T07:43:21","date_gmt":"2020-06-24T05:43:21","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=76153"},"modified":"2020-06-22T11:13:15","modified_gmt":"2020-06-22T09:13:15","slug":"bioplastik-macht-holzkreislaeufe-nachhaltiger","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/bioplastik-macht-holzkreislaeufe-nachhaltiger\/","title":{"rendered":"Bioplastik macht Holzkreisl\u00e4ufe nachhaltiger"},"content":{"rendered":"

Bevor sie umweltfreundlich zu CO2 und Wasser abgebaut werden, k\u00f6nnen sie so ein Produktleben f\u00fchren, zum Beispiel in der Kosmetikindustrie.<\/strong><\/p>\n

Man nehme: Holzreststoffe und Bakterien, man erhalte: Bioplastik. Ganz so einfach ist es nat\u00fcrlich nicht, aber im Prinzip ist das der Ansatz von Mikrobiologen um Prof. Dr. Dieter Jendrossek am Institut f\u00fcr Mikrobiologie der Universit\u00e4t Stuttgart. Im BMBF-gef\u00f6rderten Forschungsprojekt \u201eSusPackaging\u201c suchen sie gemeinsam mit Forschern der Fraunhofer-Gesellschaft einen wirtschaftlich sinnvollen Weg, um aus Holzreststoffen bioabbaubare Biopolymere herzustellen. Sehr interessiert daran sind zum Beispiel Naturkosmetikhersteller. Die Wala Heilmittel GmbH und die WELEDA AG w\u00fcrden entsprechend ihrem ganzheitlichen Ansatz gerne Tuben und Tiegel, Shampooflaschen, Seifen- und Lotionsspender aus nachhaltigem Biokunststoff verwenden. Sie sind deshalb als assoziierte Partner an dem Vorhaben beteiligt. \u201eIm Moment m\u00fcssen wir allerdings noch einiges an Grundlagen kl\u00e4ren, bevor es in die Produktion gehen kann. Wir haben deshalb eine zweite Projektphase beantragt, in der wir unter anderem das Material f\u00fcr einen Probenk\u00f6rper herstellen wollen\u201c, erkl\u00e4rt Jendrossek. Generell gilt f\u00fcr diese \u2013 und auch f\u00fcr denkbare Anwendungen etwa in der Lebensmittelindustrie, dass vor allem mechanisch flexible Materialien gefragt sind, die sich nach ihrer Verwertungsphase auf nat\u00fcrlichem Wege zu CO2 und Wasser abbauen lassen.
\nEin gro\u00dfer Haufen Holzsp\u00e4ne aus der Forstwirtschaft ist im Wald zwischengelagert.
\nHolzreststoffe wie diese Sp\u00e4ne sind geeignete Ausgangsstoffe f\u00fcr die Herstellung von Substraten, aus denen Bakterien Biopolymere produzieren.<\/p>\n

Aber der Reihe nach. Ausgangsstoffe sind f\u00fcr die Forscher zun\u00e4chst Holzreststoffe. Das k\u00f6nnen zum Beispiel Holzsp\u00e4ne aus einem S\u00e4gewerk sein. Sie bestehen wie jegliches Holz vor allem aus Cellulose und Hemicellulose. Daraus gewinnen die Projektpartner am Fraunhofer-Institut f\u00fcr Grenzfl\u00e4chen- und Bioverfahrenstechnik IGB durch ein chemisch-enzymatisches Verfahren Roh-Glucose (aus Cellulose) und Roh-Xylose (aus Hemicellulose). \u201eDie fl\u00fcssigen Substrate enthalten rund 45 Prozent Kohlenhydrate, die von Bakterien als Futterquelle genutzt werden k\u00f6nnen. Es sind jedoch starke Verunreinigungen und Spurenstoffe in nicht definierter Zusammensetzung enthalten, und das macht den biologischen Prozess so schwierig\u201c, sagt Dr. Felix Becker, Projektmitarbeiter an der Universit\u00e4t Stuttgart. \u201eDie Bakterien wachsen langsamer und liefern weniger Produkt als auf reinen Substraten. Uns geht es jedoch darum, aus schwierigen Substraten in akzeptabler Zeit ein gutes, umweltvertr\u00e4gliches Produkt zu machen\u201c, bringt Jendrossek das Ziel auf den Punkt.
\nMikroorgansimen werden an \u201edreckige\u201c Substrate gew\u00f6hnt
\nDie Grafik zeigt, unterst\u00fctzt von kleinen Fotos der einzelnen Kreislauf-Stationen, wie aus CO2 und Wasser durch Photosynthese B\u00e4ume wachsen, bei deren Verarbeitung Holzreste anfallen. Diese dienen nach entsprechender Behandlung als Nahrung f\u00fcr Bakterien, die daraus Ausgangsstoffe f\u00fcr Verpackungen aus Biokunststoff produzieren. Deren Abbau liefert wieder CO2 und Wasser, womit sich der Kreislauf schlie\u00dft.
\nDie Grafik zeigt den Kreislauf der Biopolymere, die aus Holzreststoffen mithilfe von Bakterien produziert werden. Aus den Biopolymeren k\u00f6nnen bioabbaubare Verpackungen f\u00fcr die Kosmetikindustrie hergestellt werden. Die Abbauprodukte gehen schlussendlich in einen neuen Kreislauf des Pflanzenwachstums ein. \u00a9 Institut f\u00fcr Mikrobiologie, Universit\u00e4t Stuttgart<\/p>\n

Daf\u00fcr haben die Stuttgarter Mikrobiologen eine raffinierte Strategie entwickelt: Sie lassen die Evolution f\u00fcr sich arbeiten. Zum Einsatz kommen zwei verschiedene Bakterienarten. Der Rhizobienstamm Ensifer adhaerens wurde urspr\u00fcnglich aus Bodenproben isoliert und toleriert das unsaubere Substrat etwas besser. Der andere, Paraburkholderia sacchariaus einer deutschen Stammsammlung, liefert daf\u00fcr eine bessere Ausbeute. Beide wurden \u00fcber zwei Jahre hinweg langsam an das \u201eschlechte\u201c Substrat gew\u00f6hnt, das in immer h\u00f6herer Konzentration zugegeben wurde. \u201eWir haben die Bakterien selektiv vermehrt. Das hei\u00dft, wir haben jeweils diejenigen weiterkultiviert, die aufgrund von Mutationen besonders gut in dem unreinen Medium gewachsen sind\u201c, so Becker. Die Bakterien haben eine Generationszeit von zwei bis drei Stunden. Im Laufe von einigen tausend Generationen konnten so St\u00e4mme gez\u00fcchtet werden, die mit dem unreinen Substrat besonders zurecht kommen.<\/p>\n

Den \u201eProof of Principle\u201c im Laborma\u00dfstab hat das Team also gezeigt. In der n\u00e4chsten Phase geht es darum, den technologischen Prozess im Reaktor zu optimieren. Im Fokus steht dann auch eine maximale Ausbeute an Biopolymeren. Diese werden als amorphe Polyestertr\u00f6pfchen in gro\u00dfen Granula in den Bakterienzellen abgelagert. \u201eUnter optimalen Bedingungen bestehen die Bakterien bis zu 80 Prozent aus Polyhydroxyalkanoaten, kurz PHAs. Bei uns sind es zirka 30 bis 40 Prozent\u201c, sagt Becker. Zudem sind insgesamt weniger Zellen pro Liter N\u00e4hrmedium enthalten, einfach weil die Bakterien hier weniger gut wachsen als ihre Kollegen auf reinem Substrat. Eine effiziente Extraktion und Weiterverarbeitung der PHAs ist deshalb umso wichtiger. Das Fraunhofer-Team um Dr. Anna Lucia V\u00e1squez-Caicedo hat ganz im Sinne der Nachhaltigkeit ein effizientes, l\u00f6sungsmittelfreies Extraktions- und Aufreinigungsverfahren entwickelt, und auch Produktionsverfahren f\u00fcr PHA-Copolymere stehen inzwischen bereit. Die genannten Bakterien liefern vor allem PHAs mit langkettigen Fetts\u00e4uren, und diese machen Biokunststoff sehr weich. \u00dcber die Kombination mit k\u00fcrzerkettigen PHAs k\u00f6nnen die mechanischen Eigenschaften jedoch gesteuert werden. Als Co-Polymere kommen zum Beispiel Derivate der Polyhydroxybutters\u00e4ure (PHB) infrage, die ebenfalls biotechnologisch mithilfe von Bakterien produziert werden k\u00f6nnen.
\n\u00d6konomischer Nutzen h\u00e4ngt von den Rahmenbedingungen ab
\nMikroskopische Aufnahme von einer Vierer- und einer Zweierkette l\u00e4nglicher Bakterien, in denen gro\u00dfe, rundliche, mit Nilrot gef\u00e4rbte Granula zu erkennen sind.
\nEine Anf\u00e4rbung mit Nilrot macht PHA-Granula in der Bakterienzelle sichtbar. \u00a9 Institut f\u00fcr Mikrobiologie, Universit\u00e4t Stuttgart<\/p>\n

Um die PHA-Herstellung wirtschaftlich interessant zu machen, muss jetzt noch das Upscaling der Bakterienproduktion bew\u00e4ltigt werden. Wie \u00f6konomisch das Ganze schlussendlich sein wird, h\u00e4ngt laut Jendrossek stark von den Rahmenbedingungen ab. \u201eWir haben hier die M\u00f6glichkeit, ein gutes Produkt aus Reststoffen der Forstwirtschaft zu erzeugen und stehen damit nicht in Konkurrenz zum Nahrungsmittelanbau. Ob sich das wirtschaftlich durchsetzen kann, ist auch eine Frage des politischen Willens. Es kommt zum Beispiel darauf an, wie zuk\u00fcnftig die Weichen in der Reststoff-Wirtschaft gestellt werden.\u201c In der umweltgerechten Entsorgung ist Biokunststoff seinem erd\u00f6lbasierten Pendant haushoch \u00fcberlegen. PHA-Produkte k\u00f6nnten zum Beispiel geschreddert und kompostiert werden, oder sie k\u00f6nnten in Reaktoren mit technischen Verfahren zu CO2 und Wasser abgebaut werden. Das geht schneller, d\u00fcrfte aber auch teurer sein. Dennoch: Wenn die Entsorgung von herk\u00f6mmlichem Plastikm\u00fcll aufgrund seiner Umweltproblematik immer aufw\u00e4ndiger und damit teurer wird, kommt fr\u00fcher oder sp\u00e4ter der Zeitpunkt, an dem sich der Biokunststoff schon allein aufgrund des umweltvertr\u00e4glichen Abbaus rechnet.<\/p>\n

Bleibt noch die Frage des Sortierens. Wie sollen biobasierte Kunststoffe \u00fcberhaupt erkannt und gesammelt werden? Jendrossek k\u00f6nnte sich ein Pfandsystem vorstellen und findet auch Markierungssysteme \u00fcberlegenswert. \u201eRobotersysteme k\u00f6nnten zum Beispiel \u00fcber eine entsprechende Farbcodierung relativ einfach Biokunststoffe \u2013 und \u00fcbrigens auch andere Kunststoffarten \u2013 erkennen und aussortieren. Technologisch w\u00e4re es jedenfalls kein Problem, die Materialien entsprechend zu kennzeichnen.\u201c<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Holzreststoffe lassen sich mit innovativen Technologien und mithilfe von Bakterien in nachhaltige Verpackungen aus Bioplastik verwandeln<\/p>\n","protected":false},"author":58,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"","nova_meta_subtitle":"","footnotes":""},"categories":[5572],"tags":[10608],"supplier":[187,781],"class_list":["post-76153","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-bio-based","tag-biooekonomie","supplier-bundesministerium-fuer-bildung-und-forschung-bmbf","supplier-universitaet-stuttgart"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/76153","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/users\/58"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=76153"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/76153\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=76153"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=76153"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=76153"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=76153"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}