Polyhydroxybutters\u00e4ure \u2013 kurz PHB \u2013 hei\u00dft der Kunststoff, den Forschende im Verbundprojekt PHABIO APP biotechnologisch produziert haben: Er wird mithilfe von Bakterien aus tierischen Abfallfetten hergestellt und ist in der Natur vollst\u00e4ndig abbaubar.<\/p>\n
Das Rohmaterial des Biopolymers PHB direkt nach der Synthese<\/p>\n
Kunststoffe sind vielseitig einsetzbar und langlebig. Doch gerade die lange Haltbarkeit ist das Problem: Erd\u00f6lbasierte Kunststoffe verrotten nicht und belasten die Umwelt. Biobasierte Alternativen aus nachwachsenden Rohstoffen gibt es durchaus. Doch sie sind nicht per se umweltschonend, wenn sie nicht auch nachhaltig produziert, wiederverwertbar oder biologisch abbaubar sind. Hier setzt das Projekt PHABIO APP an. Unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts f\u00fcr Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) in Berlin entwickelten Forschende aus Deutschland, Malaysia und den USA in den vergangenen Jahren einen biotechnologischen Prozess, mit dem ein Kunststoff aus tierischen Abfallstoffen hergestellt werden kann, der in der Natur vollst\u00e4ndig biologisch abbaubar ist \u2013 und das in nur wenigen Monaten.<\/p>\n
Das Vorhaben wurde im Rahmen der F\u00f6rderma\u00dfnahme \u201eBio\u00f6konomie International\u201c vom Bundesministerium f\u00fcr Bildung und Forschung von 2015 bis 2018 mit insgesamt 1,28 Mio. Euro gef\u00f6rdert. \u201eDas gro\u00dfe Ziel war, dass wir die gesamte Prozesskette vom Abfallstoff bis hin zum fertigen Kunststoffbauteil in allen Aspekten erforschen und am Ende eine geschlossene Prozesskette zur Herstellung von Kunststoffbauteilen zur Verf\u00fcgung stellen\u201c, erkl\u00e4rt Projektkoordinator Christoph Hein vom Fraunhofer IPK.<\/p>\n
Tierische Abfallfette als N\u00e4hrstoffquelle f\u00fcr Bakterien
\nBei dem so gefertigten Biokunststoff handelt es sich um Polyhydroxybutters\u00e4ure \u2013 kurz PHB. Zur Herstellung wird das Bakterium Cupriavidus necator genutzt. Als N\u00e4hrstoffquelle f\u00fcr die bakteriellen Kunststoffproduzenten dienten Abfallfette aus Schlachth\u00f6fen, f\u00fcr die es bisher keinerlei industrielle Verwendung gab. Um Cupriavidus necator in effektive Kunststofffabriken zu verwandeln, musste das IPK-Team um Hein jedoch einige H\u00fcrden meistern. \u201eEin Aspekt war die Modifizierung des Bakterienstammes. Der Wildtyp kann zwar auch Abfallstoffe zu Kunststoff synthetisieren, aber da bekommt man nur sehr wenig Kunststoff heraus, und der ist auch sehr spr\u00f6de\u201c, erl\u00e4utert Hein. F\u00fcr die Kultivierung der Bakterien sowie die Produktion des Kunststoffes waren Forschende der TU Berlin verantwortlich. Sie f\u00fctterten die Bakterien in riesigen Fermentern mit den fl\u00fcssigen Abfallfetten.<\/p>\n
Eine weitere Herausforderung war, den Kunststoff aus den Zellen der Bakterien herauszul\u00f6sen. \u201eDa haben wir auch mit den internationalen Partnern viel gearbeitet. So haben wir versucht, \u00fcber biologische Extraktionsverfahren die Bakterien von Ratten trennen zu lassen, die den bakteriellen Kunststoff verstoffwechseln und dann wieder ausscheiden. Doch hier war die Geruchsbelastung des Kunststoffs zu immens.\u201c \u00c4hnliche Versuche mit Mehlw\u00fcrmern scheiterten Hein zufolge an der Skalierbarkeit. \u201eAm Ende haben wird dann doch ein chemisches Verfahren genutzt, wo wir alle L\u00f6sungsmittel wiederverwerten k\u00f6nnen und danach einen qualitativ hochwertigen Kunststoff bekommen.\u201c<\/p>\n
Auch die Qualit\u00e4t der Abfallfette \u2013 vor allem deren Kohlenstoffgehalte \u2013 war f\u00fcr die Produktion der neuen Biopolymere entscheidend. Daf\u00fcr analysierten die Forschenden die Fettqualit\u00e4t w\u00e4hrend des gesamten Fleischverarbeitungsprozesses. Das Ergebnis: \u201eWir k\u00f6nnen im Prinzip alles verarbeiten, was aus den Schlachth\u00f6fen herauskommt. Es ist auch nicht auf ein bestimmtes Tier beschr\u00e4nkt.\u201c Nicht nur Abfallfette von Rind, Schwein und Gefl\u00fcgel sind Hein zufolge als Bakterienfutter geeignet, sondern auch Fischabf\u00e4lle.<\/p>\n
Neues PHB f\u00fcr Spitzgussverfahren geeignet
\nNeben der umweltschonenden Herstellung des Bio-Kunststoffes war auch die Weiterverarbeitung zu Produkten mithilfe etablierter Verfahren ein Hauptanliegen der Projektpartner. Anhand des Spitzgussverfahrens wurde daher getestet, ob sich der neue PHB-Kunststoff zur Produktherstellung eignet. Auch hier musste das Team nachjustieren, denn die Kristallisierung des Kunststoffes dauerte urspr\u00fcnglich viel zu lange. Bis das Biopolymer ausgeh\u00e4rtet war und weiterverarbeitet werden konnte, musste der Spritzgusszyklus pausieren.<\/p>\n
Doch auch dieses Problem wurde gel\u00f6st: \u201eWir haben spezielle Zusatzstoffe entwickelt, die dem Rohkunststoff zugesetzt wurden, sodass er schneller kristallisiert und weiterverarbeiten werden kann\u201c, so Hein. Dabei handelte es sich zwar um chemische Zusatzstoffe. Ihr Anteil im PHB-Kunststoff ist mit maximal 0,07% jedoch sehr gering und wird auch komplett mit abgebaut. Weitere Prozessparameter wie Verarbeitungstemperatur und -geschwindigkeit mussten ebenfalls optimiert werden, um den Kunststoff im Spritzguss weiterverarbeiten zu k\u00f6nnen. Im Ergebnis des Projekts wurden bereits erste Probek\u00f6rper sowie ein faltbarer W\u00fcrfel als Demonstrator hergestellt.<\/p>\n
In der Natur komplett abbaubar
\nWas die Eigenschaften des neuen Biopolymers betrifft, so ist es Hein zufolge mit dem bekannten Kunststoff Polypropylen (PP) vergleichbar und daher vor allem f\u00fcr kurzlebige Produkte wie Einweggeschirr oder die derzeit allgegenw\u00e4rtigen Corona-Schnelltests geeignet. Anders als viele Biokunststoffe kann das neue PHB tats\u00e4chlich in der Natur biologisch abgebaut werden. \u201eEgal in welchem Umfeld, im Kompost oder im Meer: der Kunststoff wird sehr z\u00fcgig abbaut. Je nachdem, wie der Kunststoff verarbeitet wurde, ist er in 6 bis 18 Monaten komplett in der Natur abgebaut\u201c, res\u00fcmiert Hein.<\/p>\n
Im Folgeprojekt PHABIO UP will das Team um Hein bis 2022 die Produktion des neuartigen Biokunststoffes nun f\u00fcr die industrielle Gro\u00dfproduktion fit machen. \u201eBisher waren die Materialmengen, die wir erzeugen konnten, stark limitiert. Und auch die Prozesse der Kunststoffherstellung waren aus biologischer Sicht noch zu langsam. Deshalb wollen wir jetzt alle Teilaspekte im Projekt so skalieren, dass es in den Tonnenma\u00dfstab hineingeht und so den industriellen Anwendungen gen\u00fcgt.\u201c Das Folgeprojekt wird gleichfalls \u00fcber die F\u00f6rderma\u00dfnahme \u201eBio\u00f6konomie International\u201c finanziert.<\/p>\n
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\u00dcber PHABIO APP<\/p>\n
Projektpartner<\/p>\n
Fraunhofer IPK: Projektkoordination, Optimierung des Bakterienstammes, Compoundierung und Verarbeitung des Kunststoffes
\nTU Berlin: Kultivierung und Produktion des Kunststoffes
\nAnimox Gmbh: Aufreinigung des Kunststoffes<\/p>\n
Internationale Partner
\nUniversity of Science Malaysia: biologische Aufreinigung des Kunststoffes
\nUniversity of Massachusetts Dartmouth\/ Boston: Anpassung und Optimierung des Bakteriums<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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