Kunststoff Blaualgen als klimafreundliche Plastikproduzenten

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Als Nebenprodukt der Fotosynthese stellen Cyanobakterien Plastik auf natürlicher Basis her. Mikrobiologen der Universität Tübingen ist es nun gelungen, den Stoffwechsel dieser Mikroalgen so zu verändern, dass sie den Naturstoff PHB in industriell nutzbaren Mengen produzieren.

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Neue Varianten des Bakteriums produzieren bis zu 80 % ihrer Gesamtzellmasse PHB.
Neue Varianten des Bakteriums produzieren bis zu 80 % ihrer Gesamtzellmasse PHB.
(Bild: Universität Tübingen/ Moritz Koch)

Rund 370 Millionen Tonnen Kunststoffe werden derzeit pro Jahr produziert. Laut Prognosen wird die weltweite Plastikproduktion im nächsten Jahrzehnt um weitere 40 % zunehmen. Zwar ist Kunststoff vielfältig einsetzbar und preisgünstig, er verursacht jedoch zunehmend Umweltprobleme. Immer mehr Plastikmüll landet in der Natur, wo die Kunststoffe zum Teil die Meere verschmutzen oder in Form von Mikroplastik in die Nahrungskette gelangen. Da Plastik überwiegend aus Erdöl hergestellt wird, gelangt bei der Verbrennung zusätzlich CO2 in die Atmosphäre.

Natürliches Plastik als Alternative zum Kunststoff auf Erdölbasis

Eine Lösung für diese Probleme könnte in einem Stamm von Cyanobakterien liegen. Die Gattung Synechocystis stellt nämlich Polyhydroxybutyrat (PHB) her, eine natürliche Form von Plastik. PHB ist ähnlich einsetzbar wie der Kunststoff Polypropylen aber in der Umwelt schnell sowie schadstofffrei abbaubar. Allerdings ist die von diesen Bakterien produzierte Menge sehr gering. Der Tübinger Forschungsgruppe unter Leitung von Professor Karl Forchhammer vom Interfakultären Institut für Mikrobiologie und Infektionsmedizin gelang es, in den Bakterien ein Protein zu identifizieren, das den Kohlenstofffluss in Richtung PHB innerhalb der Bakterienzelle drosselt. Nach Entfernen des entsprechenden Regulators sowie weiteren genetischen Veränderungen stieg die von den Bakterien produzierte PHB-Menge enorm an und machte schließlich über 80 % der Gesamtmasse der Zelle aus. Die Ergebnisse wurden in den Fachjournals Microbial Cell Factories und PNAS vorgestellt.

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Blaualgen als Hidden Champions

Cyanobakterien, die auch als Mikroalgen oder Blaualgen bezeichnet werden, gehören zu den unscheinbarsten und doch mächtigsten Akteuren auf unserem Planeten. Es waren Blaualgen, die vor etwa 2,3 Milliarden Jahren durch Fotosynthese unsere Atmosphäre sowie die vor UV-Strahlung schützende Ozonschicht schufen. Da die blaugrünen Bakterien lediglich Wasser, CO2 und Sonnenlicht brauchen, sind sie nach Einschätzung der Forscherinnen und Forscher optimale Akteure für eine klimaschonende und nachhaltige Produktion.

Einmal in der Industrie etabliert, könnte die gesamte Kunststoffproduktion revolutioniert werden.

Dr. Moritz Koch, Erstautor der in Microbial Cell Factories veröffentlichten Studie

Langfristiges Ziel sei, den Einsatz der Bakterien zu optimieren und so weit zu skalieren, dass ein großtechnischer Einsatz möglich werde.

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