- 1) Was sind Tenside?<\/a><\/li>
- 2) Wie Tenside hergestellt werden<\/a><\/li>
- 3) Produkte auf dem Weg in den Markt<\/a><\/li>
- 4) Die Innovationsallianz \u201eFunktionsoptimierte Biotenside\u201c<\/a><\/li>
- 5) Auswahl \u00f6ffentlich gef\u00f6rderter Forschungsprojekte zu Biotensiden<\/a><\/li><\/ul>\n\n\n\n
1) Was sind Tenside?<\/h3>\n\n\n\n
Tenside sind waschaktive Substanzen. Diese Molek\u00fcle sind unverzichtbarer Bestandteil in Putz-, Wasch- und Reinigungsmitteln. Das besondere Merkmal der Tenside ist ihre reinigungsf\u00f6rdernde Molek\u00fclstruktur: Die Molek\u00fcle haben ein hydrophiles (Wasser liebendes) und ein lipophiles (Fett liebendes) Ende. Damit haben Tenside die Eigenschaft, die Oberfl\u00e4chenspannung von Wasser und die Grenzfl\u00e4chenspannung zwischen zwei fl\u00fcssigen Phasen herabzusetzen. Das hilft dabei, Gegenst\u00e4nde gleichm\u00e4\u00dfig mit Wasser zu benetzen. Durch den besonderen Aufbau der Tenside k\u00f6nnen zwei Stoffe, die sich eigentlich nicht mischen, gemischt werden. Tenside sind somit auch Emulgatoren, also bewirken etwa, dass sich \u00d6l in Wasser aufl\u00f6st. Beim Reinigen von schmutzigem Geschirr heftet sich das lipophile Ende an die Schmutzpartikel, das hydrophile Ende richtet sich zum Wasser aus. Ab einer gewissen Konzentration im Wasser ordnen sich die Tenside zu kleinen Hohlkugeln an, sogenannten Mizellen, in deren Inneren sich kleine Partikel einschlie\u00dfen lassen. So entfernen Seife und andere Tenside nicht nur Fett, sondern auch Schmutz.<\/p>\n\n\n\n
Die gro\u00dfe Vielfalt der Tenside<\/h3>\n\n\n\n
In Reinigungsmitteln wird meist eine Kombination unterschiedlicher Tenside eingesetzt. Es gibt nichtionische Tenside<\/strong>, die sich durch S\u00e4ure-, Alkali- und H\u00e4rtebest\u00e4ndigkeit auszeichnen. Sie werden in Wasch- und Reinigungsmitteln sowie als Emulgatoren eingesetzt. Anionische Tenside<\/strong>, also negativ geladene Molek\u00fcle, haben eine hohe Waschkraft. Auch sie finden sich vor allem in Wasch- und Sp\u00fclmitteln sowie Haushaltsreinigern. Positiv geladene kationische Tenside <\/strong>mit einer hohen Affinit\u00e4t zu Fasern werden in Weichmachern und Conditionern verwendet. Die sehr milden amphoteren Tenside<\/strong> mit einer negativ und einer positiv geladenen funktionellen Gruppe eignen sich f\u00fcr Kosmetika.<\/p>\n\n\n\n
4.500 Jahre \u2013 so lange ist es her, dass Menschen erstmals nachweislich Tenside produziert und eingesetzt haben: Rund 2.500 v. Chr. besa\u00dfen die Sumerer ein Rezept zur Herstellung von Seife. Seit die Sumerer aus Oliven\u00f6l und Pottasche das erste Mal Seife erzeugt haben, haben sich Herstellung und Einsatz von Tensiden erheblich weiterentwickelt. Aufgrund ihrer Reinigungswirkung werden Tenside heute in Waschmitteln, Haushaltsreinigern und Industriereinigern eingesetzt, aber auch in K\u00f6rperpflegeprodukten wie Shampoo und Duschgel. Die Kosmetikbranche und die Lebensmittelindustrie sch\u00e4tzen die Wirkung der Tenside als Emulgatoren, beispielsweise f\u00fcr die bessere L\u00f6slichkeit von Kakaopulver.<\/p>\n\n\n\n
In Lacken halten Tenside als Dispergiermittel feste Partikel in der Schwebe, bis der Lack getrocknet ist. In der Fotografie verhindern Tenside als Benetzungsmittel bei der Filmentwicklung, dass Schlieren und Trocknungsflecken entstehen. Diese benetzende Wirkung sch\u00e4tzen auch die Hersteller von Pflanzenschutzmitteln, da diese sich so wirkungsvoller auf die Bl\u00e4tter auftragen lassen, und die Hersteller medizinischer Salben. Aus der Textilbranche verschwinden Tenside hingegen in ihrer heutigen Form immer mehr: Dort dienten sie bislang als wasserabweisende Beschichtung auf Funktionskleidung. Ihre dazu perfluorierte Form ist jedoch biologisch kaum abbaubar, weshalb immer mehr Hersteller nach Alternativen suchen.<\/p>\n\n\n\n
Marktforscher beziffern die weltweite Jahresproduktion an Tensiden auf rund 20 Millionen Tonnen und einen Umsatz von etwa 33 Mrd. Euro. In Westeuropa entf\u00e4llt etwa die H\u00e4lfte auf Wasch- und Reinigungsmittel. F\u00fcr den Zeitraum bis 2024 prognostiziert die Deutsche Industriebank dem Tensidmarkt ein j\u00e4hrliches Wachstum von bis zu vier Prozent.<\/p>\n\n\n\n
2) Wie Tenside hergestellt werden<\/h3>\n\n\n\n
Moderne synthetische Tenside gibt es seit Mitte des 20. Jahrhunderts. Ihr Durchbruch erfolgte ab 1946 mit dem von Normann K. Adam entwickelten Tetrapropylenbenzolsulfonat. Seit einigen Jahren sorgt mit den Biotensiden nun eine weitere Generation f\u00fcr eine Revolution. Doch wie werden Tenside hergestellt?<\/p>\n\n\n\n
Synthetisch-chemische Tenside: <\/strong>Sie k\u00f6nnen entweder aus nachwachsenden Rohstoffen oder aber auf Erd\u00f6lbasis gewonnen werden. Mischtenside bestehen sowohl aus petrochemischen als auch biobasierten Rohstoffen.<\/p>\n\n\n\n
Seifen<\/strong> sind Tenside, die in der Regel aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden. Feste Seifen bestehen aus den Salzen von Fetts\u00e4uren. Im Fall der Kernseife sind es insbesondere Natriumsalze, im Fall der Schmierseife Kaliumsalze. Die ebenfalls bekannte Gallseife ist eine Mischung aus Natriumsalzen und Rindergalle. Als Rohstoff der Tenside kommen pflanzliche \u00d6le und manchmal auch tierische Fette zum Einsatz. Sie werden mit einer Lauge gekocht, was zur sogenannten Verseifung f\u00fchrt: Es bilden sich Glycerin und die Salze der jeweiligen Fetts\u00e4uren. Daneben gibt es vor allem in der Naturkosmetik noch die Kaltverseifung, bei der h\u00f6herwertige \u00d6le mit Natronlauge gemischt werden. Zu den positiven Eigenschaften aus Naturstoffen gewonnener Tenside geh\u00f6rt, dass ihre Rohstoffe biobasiert und sie gut biologisch abbaubar sind. Zudem ben\u00f6tigt die Herstellung wenig Energie. Ihre Reinigungsleistung ist jedoch begrenzt, ebenso die Hautvertr\u00e4glichkeit, da Seifen auch einen Teil der sch\u00fctzenden Fettschicht der Haut entfernen. Au\u00dferdem bilden sie in hartem Wasser Schmierfilme.<\/p>\n\n\n\n
Nahezu alle Tenside k\u00f6nnen heute auch auf der Basis von tierischen oder pflanzlichen \u00d6len und Fetten<\/strong> gewonnen werden. Aufgrund der technischen Eigenschaften sind dies jedoch meist \u00d6le aus tropischen Nutzpflanzen mit hohem Anteil an Laurins\u00e4ure \u2013 zum Beispiel Kokos- oder Palmkern\u00f6l. Um bessere \u00d6kobilanzen zu erreichen, setzen hiesige Hersteller zunehmend auf biobasierte Tenside auf Basis europ\u00e4ischer \u00d6lpflanzen wie Raps, Oliven, Flachs und Sonnenblume. Diese besitzen aber in der Regel einen geringen Laurins\u00e4ure-Anteil. Die chemisch-synthetischen Schritte vom Pflanzen\u00f6l zum Tensid sind sehr komplex.<\/p>\n\n\n\n
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Quelle bio\u00f6konomie.de<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n Petrochemische Tenside<\/strong>: Auf Erd\u00f6lbasis erzeugte Tenside haben eine bessere Reinigungsleistung als Seife und sind weniger empfindlich gegen Wasserh\u00e4rte. Auch sie sind jedoch nur bedingt hautfreundlich. Erzeugt werden synthetische Tenside, indem aus Erd\u00f6l gewonnene Chemikalien wie Alkane oder Fettalkohole weiterverarbeitet werden, beispielsweise zu Alkansulfaten bzw. Fettalkoholpolyglycolether.<\/p>\n\n\n\n
Das Problem: Viele synthetische Tenside oder deren Abbauprodukte sind nicht vollst\u00e4ndig biologisch abbaubar, was die Gew\u00e4sser belasten kann. Nicht nur die Schaumkronen auf den Fl\u00fcssen in den 1980er Jahren haben in der Industrie zu einem Umdenken gef\u00fchrt. In der europ\u00e4ischen Detergenzienverordnung ist festgelegt: Ein Tensid muss unter Sauerstoffeinwirkung biologisch abbaubar sein \u2013 in einer Kl\u00e4ranlage ist dies gew\u00e4hrleistet. Das Wasch- und Reinigungsmittelgesetz legt zudem fest, dass die prim\u00e4re Abbaubarkeit von Tensiden mindestens 80% betragen muss. \u00dcber die Endabbau der entstandenen Abbauprodukte zu Wasser, Mineralien und CO2<\/sub> schreibt das Gesetz jedoch nichts vor, weshalb es in der Praxis gro\u00dfe Unterschiede gibt. Das kann problematisch sein, wie der Fall von Alkylphenolethoxylaten zeigt: Im Boden und in Kl\u00e4ranlagen werden sie zu Nonalphenol abgebaut, das als endokriner Disruptor gilt, also das Hormonsystem sch\u00e4digen kann. Grunds\u00e4tzlich gibt es mit Alkylbenzolsulfonaten bereits seit 1964 biologisch abbaubare, synthetische Tenside. Sie werden nicht nur auf Basis von Erd\u00f6l synthetisiert, sondern basieren h\u00e4ufig auf pflanzlichen \u00d6len.<\/p>\n\n\n\n
Mikrobielle Biotenside<\/strong>: Biotenside im engeren Sinne werden biotechnologisch von Mikroorganismen auf der Basis nachwachsender Rohstoffe produziert. Sie sind biologisch abbaubar, unempfindlich gegen Wasserh\u00e4rte und trotz starker Reinigungsleistung mild zur Haut. Das Potenzial der Biotenside haben Forschende in den sp\u00e4ten 1980er-Jahren entdeckt. Eine wirtschaftlich lohnende Herstellung ist jedoch erst j\u00fcngst m\u00f6glich geworden: Einer der Vorreiter ist der deutsche Spezialchemie-Konzern Evonik, der sich seit 2010 mit der Entwicklung besch\u00e4ftigt und vor wenigen Jahren begonnen hat, die Kommerzialisierung des biotechnologischen Prozesses voranzutreiben. Die gr\u00f6\u00dfte technische Herausforderung besteht in der Kontrolle der Schaumbildung bei gro\u00dfen Produktionsvolumen. In der Natur erzeugen einige Mikroorganismen nat\u00fcrlicherweise Tenside, um damit Fette zu l\u00f6sen, von denen sie sich ern\u00e4hren. Ein Beispiel daf\u00fcr ist der pathogene Keim Pseudomonas aeruginosa<\/em>, der Rhamnolipide produziert. Doch auch weitere Biotenside unterschiedlicher Mikroorganismen befinden sich in der Erforschung oder fr\u00fchen Phasen der Vermarktung.<\/p>\n\n\n\n
Biotenside \u2013 Die wichtigsten Substanzklassen<\/h3>\n\n\n\n
Rhamnolipide<\/strong>\u00a0werden von Bakterien der Gattung Pseudomonas erzeugt, die als Rohstoff Zucker oder Glycerin ben\u00f6tigen. Sie haben eine sehr gute Reinigungswirkung und sind bereits in einzelnen Haushaltsreinigern anzutreffen. Au\u00dferdem sind sie mit und ohne Sauerstoff vollst\u00e4ndig biologisch abbaubar.
Sophorolipide<\/strong>\u00a0werden von Hefepilzen erzeugt, die sich neben Zuckern auch von Pflanzen\u00f6len ern\u00e4hren k\u00f6nnen. Bislang erreichen sie mit mehr als 400 Gramm pro Liter die beste Produktausbeute unter den Biotensiden. Kommerziell findet man sie schon l\u00e4nger in Hautcremes.
Surfactin<\/strong>\u00a0wird vom Bakterium\u00a0Bacillus subtilis\u00a0<\/em>produziert. Es gilt als das am besten bekannte und f\u00fcr eine Kommerzialisierung erforschte Biotensid.
Cellobioselipide<\/strong>\u00a0und\u00a0Mannosylerythritollipide (MEL)<\/strong>\u00a0werden von der Familie der nichtpathogenen Brandpilze Ustilaginaceae, darunter\u00a0Ustilago maydis<\/em>\u00a0oder\u00a0Moesziomyces aphidis<\/em>, produziert. Ihre Nutzung befindet sich jedoch noch im Forschungsstadium.
Weitere Biotenside sind\u00a0Emulsan<\/strong>\u00a0(produziert von\u00a0Acinetobacter calcoaceticus<\/em>) und\u00a0Liposan<\/strong>\u00a0(von\u00a0Candida lipolytica<\/em>).<\/p>\n\n\n\n3) Produkte auf dem Weg in den Markt<\/h3>\n\n\n\n
Mehrzweckreiniger mit Sophorolipiden<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
2016 war der belgische Hersteller Ecover der erste Anbieter, der einen Mehrzweckreiniger mit Sophorolipiden auf den Markt brachte. Die Biotenside stammten dabei von Evonik und wurden mittels der Hefe\u00a0Starmerella bombicola<\/em>\u00a0erzeugt, die bereits als Wildtyp alle notwendigen Stoffwechselprozesse mitbringt. Der Produktionsstamm wurde entsprechend optimiert, um Sophorolipide in gro\u00dfer Menge herzustellen. Als Rohstoff kommen Zucker und Raps\u00f6l zum Einsatz. Die Entwicklung bis zur Marktreife dauerte trotz technischer H\u00fcrden bei der Schaumvermeidung und Aufreinigung des Biotensids sechs Jahre. Als hilfreich erwies sich, dass Sophorolipide weniger stark sch\u00e4umen als Rhamnolipide.<\/p>\n\n\n\n
Rhamnolipide f\u00fcr Reinigungsprodukte<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
Evonik besch\u00e4ftigt sich seit vielen Jahren mit Rhamnolipiden und kooperiert dabei mit dem Konsumg\u00fcterriesen Unilever, der die Biotenside f\u00fcr Reinigungsprodukte nutzen will. Seit 2020 erfolgt die Produktion nach Unternehmensangaben nun im kommerziellen Ma\u00dfstab und soll ausgebaut werden. Evonik verwendet nicht das pathogene Bakterium\u00a0Pseudomonas aeruginosa<\/em>, sondern hat die relevanten Gene in das Bakterium\u00a0Pseudomonas putida\u00a0<\/em>\u00fcbertragen. Dieses hat das Entwicklungsteam au\u00dferdem so ver\u00e4ndert, dass der Mikroorganismus nicht l\u00e4nger Pflanzen\u00f6l als Kohlenstoffquelle verwendet, sondern allein mit Zucker auskommen kann. Mittelfristig soll dieser Zucker aus Reststoffen stammen.<\/p>\n\n\n\n
Kurz\u00fcberblick weitere Hersteller<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
Auch andere Unternehmen werben inzwischen mit Biotensiden, darunter AkzoNobel, BASF-Cognis, Jeneil Biotech, Lanxess, MG Intobio, Mitsubishi Chemical Corporation, Saraya und Urumqi Unite. Nicht immer ist jedoch ganz klar, ob die Firmen damit wirklich biotechnologisch erzeugte Tenside bezeichnen oder lediglich auf die Kombination aus biobasierten Rohstoffen und biologischer Abbaubarkeit verweisen wollen.<\/p>\n\n\n\n
5) Auswahl \u00f6ffentlich gef\u00f6rderter Forschungsprojekte zu Biotensiden<\/h3>\n\n\n\n
BestBioSurf<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
Das Projekt\u00a0BestBioSurf\u00a0<\/a>kombiniert Bioinformatik, Synthetische Biologie und das Design von Stoffwechselwegen, um etablierte Biotenside und deren Fermentationsprozesse zu optimieren.\u00a0 Randbedingungen sind dabei Umweltvertr\u00e4glichkeit und Wirtschaftlichkeit. Anwendungen sollen von der Landwirtschaft \u00fcber die Medizin bis zur Kosmetik reichen. Finanzielle Unterst\u00fctzung f\u00fcr das internationale Vorhaben gibt es unter anderem vom Bundesministerium f\u00fcr Ern\u00e4hrung und Landwirtschaft sowie von der EU. Deutscher Partner ist die Universit\u00e4t T\u00fcbingen.<\/p>\n\n\n\n
CARBOSURF<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
Das EU-Projekt\u00a0CARBOSURF<\/a>\u00a0lief von August 2015 bis Juli 2018. Es verfolgte erfolgreich das Ziel, neuartige natur\u00e4hnliche Biotenside zu entwickeln, die aus Abfallprodukten der Landwirtschaft hergestellt und sowohl in der Lebensmittelindustrie als auch f\u00fcr Kosmetik eingesetzt werden k\u00f6nnen. Schwerpunkte lagen auf den Mikroorganismen\u00a0Starmerella bombicola, Saccharomyces cerevisiae\u00a0<\/em>und\u00a0Escherichia coli\u00a0<\/em>sowie den Biotensiden Sophorolipide, Rhamnolipide, Xylolipide und MEL. Deutsche Partner waren das Fraunhofer IGB, Evonik und IMD Natural Solutions. Das Projektbudget betrug rund 6 Mio. Euro, davon 2,7 Mio. Euro aus Mitteln des Bio-Based Industries Joint Undertaking.<\/p>\n\n\n\n
GlycoX<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
Mit der Initiative BioProMare verfolgt das BMBF das Ziel, das biotechnologische Potenzial der Lebensformen im Meer zu erforschen und zu erschlie\u00dfen. Ein Projekt in dieser Initiative ist\u00a0GlycoX<\/a>\u00a0\u2013 Erschlie\u00dfung des Glykolipid-Biosynthesewegs in\u00a0Alcanivorax borkumensi<\/em>s. Im Zuge des Projekts soll das in der Nordsee entdeckte Bakterium genutzt werden, um neuartige Biotenside herzustellen. Projektpartner sind die RWTH Aachen, die Universit\u00e4t D\u00fcsseldorf und die Universit\u00e4t Bonn. Das BMBF f\u00f6rdert das Vorhaben von Februar 2020 bis Januar 2023.<\/p>\n\n\n\n
LIPOMAR<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
- 2) Wie Tenside hergestellt werden<\/a><\/li>