Kunststoff Wie aus Gartenabfällen ein biologisch abbaubarer Kunststoff wird

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Forschende der Universität Oldenburg wollen ein Verfahren entwickelt, mit dem aus Grünschnitt, Heu und Algen ein biologisch komplett abbaubaren Kunststoff hergestellt werden kann. Dieser ist für medizinische Produkte, Bauteile von Autos, Isolierungen und Verpackungen geeignet.

Um Kunststoffe aus 100 Prozent organischen Abfällen herzustellen, möchte das Forschungsteam um die Chemikerin Dr. Melanie Walther dafür ökologisch nachhaltige und anwendungsnahe Ansätze miteinander kombinieren: Geplant ist, eine kostengünstige und gleichzeitig energieeffiziente Technologie zu entwickeln, mit deren Hilfe neue Kunststoffe auf Basis von Polybutylensuccinat (PBS) entstehen, die zu 100 Prozent aus organischen Abfällen bestehen. Das Bundesforschungsministerium (BMFTR) fördert das Vorhaben „EcoPBS“ mit rund 2,7 Millionen Euro.

Industrietaugliche Alternative zu herkömmlichem Plastik

„Die Arbeit der neuen Nachwuchsgruppe zielt darauf ab, mit Kunststoffen aus nachwachsenden Rohstoffen eine industrietaugliche Alternative zu herkömmlichem Plastik zu bieten“, sagt Prof. Dr. Ralph Bruder, Präsident der Universität Oldenburg. „Die Förderzusage des BMFTR würdigt auch die herausragende Forschungsinfrastruktur unserer Universität auf diesem Gebiet und unterstreicht das Potenzial von ‚EcoPBS‘ für eine umwelt- und klimafreundliche Kreislaufwirtschaft.“

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Biokunststoff komplett recycelbar machen

PBS ist ähnlich robust und verarbeitungsfähig wie die Kunststoffe Polypropylen und Polyethylen. Der große Unterschied: Es lässt sich gut biologisch abbauen. Bislang ist es allerdings noch nicht gelungen, vollständig biobasiertes Material herzustellen, das komplett recycelbar ist. Die Herstellungsverfahren eignen sich zudem noch nicht für die chemische Industrie. „Für eine hohe Ausbeute braucht es leicht zu kultivierende Mikroorganismen, die stabil genug sind, um in kosten- und energiearmen verfahrenstechnischen Prozessen zu bestehen“, erklärt Wirtschaftschemikerin Walther die Forschungslücke.

In drei Teilprojekten erforscht die Nachwuchsgruppe deshalb, wie das biologische Substrat in Form von Gartenschnitt und Ernteabfällen schließlich zu Bio-PBS werden kann. Die Forschenden optimieren dafür zunächst den Fermentationsprozess: Sie prüfen, wie gut sich das organische Material in einem neu entwickelten biotechnologischen Verfahren mithilfe verschiedener Mikroorganismen wandelt. Das Besondere: Das Team untersucht zwei Gärungen – die Aceton-, Butanol- und Ethanol- sowie die Bernsteinsäure-Fermentation.

Neue Herstellungsprozesse für den Biokunststoff

Das zweite Teilprojekt fokussiert sich auf das sogenannte Downstreaming, also das Reinigen des umgewandelten Materials von Fremdstoffen. Die Forschenden wollen dabei die organische Verbindung n-Butanol zu 1,4-Butandiol veredeln – also zu einem zweiwertigen Alkohol, der ein wichtiger Rohstoff für Kunststoffe ist. Mithilfe von Prozesssimulationen und Methoden des maschinellen Lernens überprüfen sie, wie sich die Stoff- und Energiebilanzen verbessern lassen.

Um störende Stoffe herauszulösen und so erstmalig komplett biobasiertes PBS zu erhalten, wird auch eine Spezialchemikalie benötigt. In den Grundzügen haben die Forschenden diese bereits entwickelt und ein Patent dafür angemeldet. Im Rahmen des dritten Teilprojekts wollen sie diese Technologie weiter verfeinern. Ein Ziel ist auch, die bei der Produktion von Bio-PBS entstehenden Rückstände zur Produktion von regenerativem Strom und Wärme zu nutzen, womit sich die Laboranlagen betreiben lassen. Mithilfe digitaler 3D-Modelle und dem vollständig biobasierten PBS wollen die Forschenden schließlich erste anwendbare Produkte erzeugen – beispielsweise Verpackungen und medizinisches Material.

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