Bioplastik aus Abfallfetten

Jährlich werden 450 Millionen Tonnen Plastik weltweit produziert. Ein zaghafter Ansatz, der Plastikplage Herr zu werden, ist PHA. Die drei Buchstaben stehen für Polyhydroxyalkanoate. Es sind Biopolymere und werden als Bioplastik bezeichnet, weil PHA ähnlich thermoplastisch verformbar ist wie Plastik aus fossilen Rohstoffen. „Aber das war es dann auch schon an Gemeinsamkeiten“, sagt Dr.-Ing. Sebastian L. Riedel, der zusammen mit Dr.-Ing. Stefan Junne an der Herstellung von PHA forscht. Und auch Bioplastik ist nicht gleich Bioplastik. „Die Hälfte der zwei Millionen Tonnen Bioplastik, die derzeit pro Jahr weltweit produziert werden, ist biologisch nicht abbaubar und die andere Hälfte teilweise nur schwer“, weiß Riedel. Da ist PHA aus anderem „Schrot und Korn“. Es wird im Wasser und Boden vollständig zu Kohlenstoffdioxid und Wasser abgebaut und ist für die Gesundheit mit keinem Risiko verbunden.

Die Substanz kann aus vielen Stoffen gewonnen werden – aus Mais, Zucker, Glycerin oder Palmöl. Sebastian L. Riedel und Stefan Junne jedoch schwebte ein Ausgangsprodukt vor, dass das Klima nicht belastet und kein Nahrungs- oder Futtermittel ist wie zum Beispiel Mais. Denn auch einen solchen Ausgangsstoff halten sie für problematisch. Auf der Suche nach einer Alternative entschieden sie sich unter anderem für Abfallfette, die unter anderem in der Landwirtschaft (Tierkadaver), in der Gastronomie oder bei der Weiterverarbeitung von Lebensmittelabfällen anfallen. Abfall also, Reste. Für sie jedoch wertvolle Rohstoffe.

Knallgas-Bakterien nutzen überschüssigen Kohlenstoff im Abfallfett als Energiereserve

Wie aber wird aus stinkendem braunem Fett jenes PHA, das einmal wie feinstes weiß schimmerndes Seidenpapier daherkommt oder die Konsistenz von Waschpulver oder Popcorn haben kann? 

„Das bewerkstelligen Bakterien namens Ralstonia eutropha beziehungsweise Cupriavidus necator, auch als Knallgas-Bakterien bekannt. Die lassen wir für uns ‚malochen‘“, lacht Riedel. „Wir setzen sie in eine Mineralsalzlösung, füttern sie mit Stickstoff, Phosphor, Sauerstoff und Kohlenstoff. Den Kohlenstoff geben wir in Form von Abfallfetten hinzu. Dann lassen wir sie wachsen. Nach einer bestimmten Zeit entziehen wir den Bakterien den Stickstoff. Auf diesen Mangel reagieren sie, indem sie den nun überschüssigen Kohlenstoff im Abfallfett als Energiereserve in ihren Zellen anlegen und in PHA umwandeln.

Würden wir nach einer gewissen Zeit Stickstoff wieder hinzugeben, würden die Bakterien erst einmal das intrazellulär gespeicherte PHA als Energiequelle nutzen. Das machen wir natürlich nicht, denn wir wollen das in den Zellen produzierte PHA ja gewinnen, also extrahieren wir es mit Lösungsmitteln, die teilweise nach dem Prozess wieder zurückgewonnen werden können“, erklärt Riedel. Die Forscher arbeiten an alternativen Aufarbeitungsmethoden, die den Prozess langfristig kostengünstiger und noch nachhaltiger machen sollen.

Verzicht auf Forschung mit Palmöl

Dr.-Ing. Sebastian L. Riedel übrigens hatte seine Forschungen an PHA vor zehn Jahren in den USA am Massachusetts Institute of Technology (MIT) mit Palmöl begonnen. „Das ist ein super unkomplizierter Ausgangsstoff für die Produktion der Substanz“, so Riedel. Aber die Palmölplantagen rücken dem Regenwald zu Leibe. Als er 2012 an die TU Berlin kam, stellte er seine Forschungen mit Palmöl ein. „Ersatz für Plastik gefunden, Regenwald abgeholzt – das kann ja nicht das Ergebnis von Forschung sein“, begründet Riedel seine Entscheidung. Seit 2017 baut Riedel seine PHA-Forschung mit biogenen Reststoffen am Fachgebiet Bioverfahrenstechnik aus, das sich der Entwicklung nachhaltiger Bioprozesse verschrieben hat.