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Forschungsprojekt der TH Nürnberg generiert eine Alternative für herkömmliche Kunststoffe
Kunststoffe sind aus dem alltäglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Die Auswirkungen sind jedoch fatal, wenn sie in die Kreisläufe der Umwelt gelangen. Prof. Dr. Stephanie Stu-te von der Fakultät Verfahrenstechnik der TH Nürnberg forscht an biobasiert hergestellten Kunststoffen, die biologisch abbaubar sind. In ihrem Projekt „Biobasierte Herstellung des biologisch abbaubaren Bio-Kunststoffes Polybuttersäure“ entwickelt sie ein kontinuierli-ches und damit wirtschaftlicheres Herstellungsverfahren für den Bio-Kunststoff Poly-buttersäure. Die Staedtler-Stiftung fördert das Projekt mit 40.000 Euro.
Nürnberg, 23. Oktober 2018. Kunststoffe finden sich in allen Lebensbereichen. Für die Herstel-lung verbraucht die Industrie wertvolle Ressourcen wie Erdöl. Besonders problematisch ist die Verwendung von Kunststoffen für Verpackungen mit einmaliger Nutzung. Der Plastikmüll landet oft in der Umwelt. Ein Resultat daraus ist die größte Müllinsel im Pazifik, die 80.000 Tonnen Plastik umfasst und mit 1,6 Millionen Quadratkilometern mehr als viermal so groß wie Deutschland ist. Das Folgenschwere daran ist, das beispielsweise PET-Flaschen rund 450 Jahre brauchen, bis sie im Wasser zerfallen und als Mikroplastik auf den Meeresgrund sinken.
Die Bundesregierung zählt in ihrer „Hightech-Strategie 2020 für Deutschland. Ideen. Innovation. Wachstum.“ die Biotechnologie zu den Schlüsseltechnologien für eine zukunftsfähige deutsche Wirtschaft. Vor diesem Hintergrund forscht Prof. Dr. Stephanie Stute von der Fakultät Verfahrens-technik an der TH Nürnberg an biobasiert hergestellten Kunststoffen, die biologisch abbaubar sind. In ihrem Projekt „Biobasierte Herstellung des biologisch abbaubaren Bio-Kunststoffes Poly-buttersäure“ entwickelt sie ein kontinuierliches und damit wirtschaftlicheres Herstellungsverfahren für den Bio-Kunststoff Polybuttersäure (PHB). „Die Polybuttersäure ist ein farbloser Polyester und gilt als vielversprechendster Ersatz für petrochemische Polymere. Bisher sind die Herstellungskos-ten für diesen Bio-Kunststoff sehr hoch, weshalb die Industrie ihn noch nicht im großen Maßstab einsetzt“, so Prof. Dr. Stephanie Stute. Das derzeitige Herstellungsverfahren von Polybuttersäure durch Bakterien kann hinsichtlich der Produktivität noch deutlich verbessert werden.
Viele Bakterien-Arten lagern PHB als Speicherstoff in ihren Zellen ein. Um den Stoffwechselpro-zess der Bakterien bei der PHB-Synthese im großen Maßstab nutzen zu können, ist es erforder-lich, für die Anzucht der benötigten Bakterienzellen und für die nachfolgende PHB-Produktion un-terschiedliche Prozessbedingungen technisch zu realisieren. „Eine rasche Zellteilung und das da-mit verbundene mikrobiologische Wachstum sind nur bei einer optimalen Versorgung der Bakteri-enzellen mit Nährstoffen und Sauerstoff möglich. Für die Einlagerung von Polybuttersäure benöti-gen die Bakterien allerdings Mangelbedingungen“, erklärt Prof. Dr. Stephanie Stute. Der neue An-satz basiert auf zwei hintereinandergeschalteten Bioreaktoren, die kontinuierlich unter Zulauf von Nährstoffen betrieben werden. In der ersten Stufe herrschen optimale Wachstumsbedingungen. In der zweiten Stufe wird gezielt ein Nährstoffmangel eingestellt, so dass die Einlagerung von PHB in den Bakterien beginnt und durch den Zulauf ausgewählter Nährstoffe verstärkt wird. Die Bakterien bilden so große Mengen des Produkts. Am Auslauf des zweiten Bioreaktors trennt das Team von Prof. Dr. Stephanie Stute die Bakterienzellen vom Nährmedium ab und bereitet das Produkt PHB aus den Bakterienzellen auf. Das Bakterium C. necator lagert beispielsweise PHB von bis zu 80 Prozent der Biotrockenmasse ein und bietet damit das Potenzial zur Massenproduktion. Die Kos-ten für die benötigten Rohstoffe können einen Großteil der Gesamtkosten betragen, so dass die Nutzung von kostengünstigen industriellen Restströmen von großem Interesse ist. Pro Tonne her-gestelltem Biodiesel entstehen etwa 100 kg Rohglycerin, das die Industrie in Deutschland häufig nur gegen niedriges Entgelt verkaufen kann oder sogar kostenpflichtig entsorgen muss. Das Roh-glycerin steht daher in ausreichender Menge zur Verfügung, und hat das Potenzial die Produkti-onskosten des Bio-Kunststoffs erheblich zu reduzieren. Prof. Dr. Stephanie Stute generiert auf der Basis dieses Reststoffs ein wirtschaftliches Herstellungsverfahren für PHB, um dadurch biobasier-te und biologisch abbaubare Kunststoffe zu produzieren. Das Projekt „Biobasierte Herstellung des biologisch abbaubaren Bio-Kunststoffes Polybuttersäure“ wird mit 40.000 Euro von der Staedtler-Stiftung gefördert und markiert den Startpunkt der Forschungsarbeiten im Fachgebiet Bioverfah-renstechnik an der TH Nürnberg – ein Beitrag zu einer nachhaltigen und wissensbasierten Wirt-schaftsform.
Hinweis für Redaktionen:
Kontakt: Hochschulkommunikation, Tel. 0911/5880-4101, E-Mail: presse@th-nuernberg.de
Bioreaktor in Betrieb
TH Nürnberg / Oliver Kussinger
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Criteria of this press release:
Journalists
Biology, Environment / ecology, Materials sciences, Oceanology / climate
transregional, national
Research projects, Research results
German
Bioreaktor in Betrieb
TH Nürnberg / Oliver Kussinger
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