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Erdöl-basierte Kunststoffe mithilfe von Bakterien ersetzen Nachhaltigeres Bioplastik – aus Frittierfett?

| Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Der ständig wachsende Plastikmüllberg ist ein globales Problem. Oft wird Bioplastik als die umweltfreundliche Alternative zu erdölbasierten Kunststoffen gepriesen. Doch was ist Bioplastik überhaupt und kann es das Müllproblem wirklich lösen?

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Abb. 1: Sebastian L. Riedel von der TU Berlin will Kunststoffe aus Erdöl ersetzen – mithilfe von Bakterien
Abb. 1: Sebastian L. Riedel von der TU Berlin will Kunststoffe aus Erdöl ersetzen – mithilfe von Bakterien
(Bild: TU Berlin )

LP: Stattliche 450 Millionen Tonnen Plastik weltweit werden jedes Jahr produziert – und nur z.T. recycelt. Der Rest landet im Müll. Dieser Müllberg ist gigantisch und mittlerweile ein eben solches Umweltproblem. Ein Versuch, diese Müllflut einzudämmen, ist die Verwendung von Bioplastik. Des Problems Lösung oder Greenwashing, Herr Dr. Riedel?

Dr. Sebastian L. Riedel: Unter Bioplastik versteht man alle Materialien die ähnliche Eigenschaften wie synthetisches Plastik aufweisen, biobasiert und/oder biologisch abbaubar sind. Zurzeit werden nur zwei Millionen Tonnen Bioplastik pro Jahr produziert von denen die Hälfte als biologisch abbaubar gilt. Allerdings muss man beachten, dass für viele der biologisch abbaubaren Kunststoffe kontrollierte Kompostierbedingungen, z.B. hohe Temperaturen über 50 °C, wie sie in einer industriellen Kompostieranlage vorkommen, notwendig für den Abbau sind. Bioplastik per se ist also keine Lösung, um die Müllflut einzudämmen.

LP: Demnach gibt es also verschiedene Arten von Bioplastik – welche sind das und was sind deren Vor- und Nachteile?

Dr. Riedel: Es gibt so genannte Drop-In-Lösungen, dabei werden herkömmlich petrochemisch basierte Polymere ganz oder teilweise auf der Basis von nachwachsenden Rohstoffen hergestellt. Vorteil ist dabei zum einen, dass diese Polymere ohne großen Aufwand in der Kunststoffindustrie als Substituent für das entsprechende erdölbasierte Polymer eingesetzt werden können. Ein Beispiel ist Bio-PET30, bei dem 30% des Polyethylenterephthalats, kurz PET, aus Bioethanol synthetisiert werden. Bio-PET100 gibt es bereits im Labor- aber nicht im industriellen Maßstab. Solche Drop-In-Lösungen können je nach Herstellung eine bessere CO2-Bilanz aufweisen, tragen aber nicht zur Reduzierung des Plastikmülls bei.

Dann gibt es Polymere, deren Monomere biotechnologisch durch Fermentation gewonnen werden. Deren Synthese erfolgt aber chemisch, wie z.B. bei der Polymilchsäure, kurz PLA. Der Nachteil von PLA ist, dass es nur unter kontrollierten Bedingungen biologisch abbaubar ist. D.h. solche Bioplastik-Produkte können die Müllflut sogar noch erhöhen, wenn der Konsument sorglos mit deren Entsorgung umgeht. Selbst im Industriekompost werden Produkte, wie Biomülltüten wegen zu kurzer Verweilzeiten nicht vollständig abgebaut, was zu Problemen in der Verarbeitung des Biomülls führt. Ein weiterer Nachteil entsteht, wenn Rohstoffe wie Maisstärke zur Produktion eingesetzt werden, dann entsteht zusätzlich eine „Food vs. Plastik“ Situation. Genauso wie bei der Bioethanol-Herstellung der angesprochenen „Drop-In“-Lösung Bio-PET. Aus diesen Gründen wird „Bioplastik“ immer öfter schlecht in der Öffentlichkeit wahrgenommen.

LP: An der TU Berlin wird an PHA (Polyhydroxyalkanoate) als Ausgangsstoff für Bioplastik geforscht. Was genau ist PHA, und wie wird es hergestellt?

Dr. Riedel: PHA ist eine Gruppe von Polyestern die von vielen Mikroorganismen, z.B. Bakterien, als intrazellulärer Energie- und Kohlenstoffspeicher angelegt werden kann. Unter bestimmten Bedingungen können einige Bakterien bis zu 90% ihrer Biomasse mit PHA anhäufen, d.h. die komplette Synthese des Bioplastiks findet mikrobiell innerhalb der Bakterien statt.

In meiner Arbeitsgruppe an der TU Berlin im Fachgebiet Bioverfahrenstechnik arbeiten wir daran, flexibel nachwachsende Roh- und biogene Reststoffe wie z.B. altes Frittierfett, tierische Abfallfette oder Lebensmittelabfälle nach einer Vorbehandlung als Ausgangsstoff für die PHA-Synthese einzusetzen. Wir entwickeln Prozesse in Bioreaktoren, in denen über 100 g/L PHA hergestellt werden können. Über die Auswahl der Bakterien und der Feedstock-Zusammensetzung kann die monomere Zusammensetzung der PHAs gesteuert und somit deren Eigenschaften beeinflusst werden. PHAs können von vielen Bakterien und Pilzen unter gewöhnlichen Bedingungen wie sie im Boden oder Meer vorkommen vollständig zu Kohlendioxid und Wasser abgebaut werden. PHAs können je nach Feedstockwahl und Extraktionsmethode einen deutlich geringeren CO2-Fußabdruck aufweisen als erdölbasierte Kunststoffe oder andere Bioplastikarten.

LP: Wann und wo wird Ihre Methode konkreten Einsatz finden?

Dr. Riedel: Zurzeit werden jährlich 50.000 t PHA von verschiedenen Firmen weltweit produziert, dies entspricht nur 2% der jährlichen Bioplastikproduktion. Ein Grund für die geringe Produktion sind u.a. die Kosten für den Feedstock. In dem vom BMBF geförderten Verbundvorhaben „Bioökonomie International 2017: PHABio-up – Polyhydroxyalkanoate Biopolymere aus tierischen Abfallfetten: Scale-up zur Realisierung einer industriellen Produktion“, überführen wir unseren PHA-Produktionsprozess aus tierischen Abfallfetten in den Kubikmetermaßstab. Ziel ist weiterhin zu zeigen, dass ein PHA Kilogrammpreis von unter 2 Euro/kg zu erreichen ist. Zurzeit liegt der PHA-Preis noch zwischen 3 und 15 Euro/kg abhängig vom Herstellungsprozess.

Herr Dr. Riedel, vielen Dank für das Gespräch.

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