Prof. Dr. Sebastian Riedel entwickelt einen biologisch abbaubaren Kunststoff aus Altspeiseöl und Frittierfetten. Das Material ist nicht nur umweltfreundlich, sondern auch für industrielle Anwendungen geeignet. Im Mittelpunkt der Forschung steht ein Bakterium.
Im Bioreaktor werden Bakterien kultiviert, die aus Abfällen biologisch abbaubare Kunststoffe produzierenBild: Christian Kielmann
Kunststoffe sind aus dem Alltag nicht wegzudenken, doch ihre Entsorgung stellt ein großes Umweltproblem dar. In der Natur bleiben sie auch als Mikroplastik zurück. Eine vielversprechende Lösung sind Polyhydroxyalkanoate (PHA). Dabei handelt es sich um eine Gruppe von Kunststoffen, die vollständig biologisch abbaubar sind.
An der Berliner Hochschule für Technik (BHT) erforscht Prof. Dr. Sebastian Riedel mit seinem Team ein Verfahren, um PHA aus Abfällen wie Altspeiseöl und Frittierfetten zu gewinnen. Diese Biokunststoffe sollen so angepasst werden, dass sie für industrielle Anwendungen interessant sind.
Im Mittelpunkt des Verfahrens steht das Bakterium Cupriavidus necator. Es kann Kohlenstoff aus verschiedenen Quellen verwerten, darunter auch gebrauchte Speiseöle. Das Bakterium bildet daraus innerhalb seiner Zellen PHA. Die späteren Eigenschaften des Kunststoffs hängen allerdings davon ab, aus welchen Bausteinen (Monomeren) die neuen Moleküle (Polymere) zusammengesetzt sind.
Der richtige Mix
Das Team des Professors arbeitet mit einem speziellen Bakterienstamm, der bereits aus Altspeiseölen den biologisch abbaubaren Kunststoff P(HB-co-HHx) herstellen kann. Aus diesem Stamm entwickelt Doktorandin Alexandra van Doorn die neue und vielseitigere Variante P(HB-HV-HHx). Sie besteht aus den kurzkettigen Monomeren HB und HV sowie dem mittelkettigen Monomer HHx. Der HV-Anteil lässt sich über die Zugabe von Propionsäure steuern.
„Wir können die Materialeigenschaften über die Bausteine gezielt einstellen – fast wie bei einem Rezept: mehr HV verändert Härte und Verarbeitbarkeit, HHx bringt Flexibilität“, sagt Alexandra van Doorn. Für die spätere Anwendung sei die richtige Zusammensetzung entscheidend.
Ein zweiter Forschungsschwerpunkt ist die Entwicklung von Hochzelldichte-Kulturen. Mit ihnen lässt sich die Produktivität deutlich steigern, weil mehr Zellen auf derselben Fläche vorhanden sind, die gleichzeitig die Biokunststoffe herstellen. Allerdings bedeutet die hohe Zelldichte höhere Anforderungen an den Produktionsprozess, um das Wachstum der Zellen zu unterstützen und die Produktivität stabil zu halten. Dies gilt insbesondere für die Sauerstoffversorgung, die Wärmeabfuhr und die Nährstoffzufuhr.
Prof. Dr. Sebastian Riedel und sein Team machen Altspeiseöl und Frittierfette zu Bio-Kunststoff
Bild:
Christian Kielmann
Zwei Hürden
Ein weiterer Fokus liegt auf der Aufarbeitung (Downstream Processing, DSP) des produzierten PHAs. Der Grund: Das Bakterium speichert es in seinem Inneren. Gerade bei Hochzelldichte-Prozessen fallen daher große Mengen Biomasse an. Um das PHA effizient zurückzugewinnen, müssen Zelltrennung, Zellaufschluss und Polymerreinigung ressourcenschonend und nachhaltig gestaltet werden.
„Zwei große Hürden sind entscheidend: Zum einen, stabile Hochzelldichte-Kulturen durch präzise Prozesssteuerung zuverlässig zu erreichen, und zum anderen, das PHA effizient aus dem Inneren der Zellen zu gewinnen und in hoher Reinheit aufzureinigen“, sagt Prof. Dr. Sebastian Riedel.
Der koreanische Projektpartner Prof. Dr. Jaewook Myung vom Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) untersucht anschließend die Bioabbaubarkeit der an der BHT entwickelten PHA-Proben. Dabei testet er, wie schnell und vollständig sich die Biokunststoffe unter verschiedenen Bedingungen abbauen. Diese Versuche liefern wichtige Informationen, um die ökologischen Auswirkungen der neuen Materialien bewerten und mögliche Einsatzbereiche einschätzen zu können.
Das Projekt
Name: Integration der Nutzung von Abfallressourcen in die globale PHA-C2G-Plattform (Cradle-to-Grave)
Laufzeit: Dezember 2025 bis November 2028
Projektteam: Prof. Dr. Sebastian Riedel (BHT), Prof. Dr. Jaewook Myung (KAIST), Doktorandin Alexandra van Doorn (BHT)
Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), 580.000 Euro
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