Nachhaltige Biotenside Bakterien stellen Waschmittel aus Holz her

Tenside sind aus unserem Alltag nicht wegzudenken. Wir begegnen ihnen mehrmals täglich, etwa bei Wasch- und Reinigungsmitteln, Körperpflegeprodukten, Kosmetika, Arznei- und Nahrungsmitteln. Auch in der Landwirtschaft finden Tenside Anwendung.

Vereinfacht ausgedrückt dienen sie dazu, zwei Komponenten miteinander zu verbinden, die sich normalerweise nicht mischen würden. Beim Wäschewaschen verschwinden so die Flecken auf dem T-Shirt: Waschmitteltenside lösen die Fettrückstände im Wasser. Und bei der Mayonnaise-Herstellung ist es das im Eigelb enthaltene Lezithin, das aus Wasser und Öl eine cremige Masse macht. Zwar ist bei Lebensmitteln nicht von Tensiden, sondern von Emulgatoren die Rede, doch das Wirkprinzip ist das gleiche.

Klassische Tenside basieren auf Erdöl oder Palmöl

Auch wenn es eine Vielzahl an natürlich vorkommenden Tensiden gibt, wird der Großteil von ihnen chemisch hergestellt. Nur so lässt sich der großindustrielle Bedarf mit seinen spezifischen Anforderungen an die Eigenschaften der Tenside decken.

Dabei dienen hauptsächlich Erdöl und Pflanzenöle als Quellen. Beides ist auf Dauer nicht tragfähig, denn die Erdölvorkommen sind begrenzt und die verwendeten Pflanzenöle stammen zumeist entweder von den in Verruf geratenen Palmölplantagen oder ihre Herstellung steht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion, wie beispielsweise beim Rapsöl.

Bakterien stellen Biotenside aus Pflanzenabfällen her

Gefragt sind deshalb alternative Lösungen, die etwa Pflanzenabfälle nutzen. Einen Ansatz verfolgt Prof. Dr. Hausmann vom Fachgebiet für Bioverfahrenstechnik an der Universität Hohenheim. Er entwickelt biotechnische Verfahren, bei denen mithilfe von Bakterien aus nachwachsenden Rohstoffen Tenside hergestellt werden.

Gegenüber den chemisch hergestellten haben diese Biotenside noch weitere große Vorteile. „Sie sind meist biologisch abbaubar, umweltfreundlich und einige von ihnen können sogar in Lebensmitteln eingesetzt werden“, erläutert Hausmann. „Zudem weisen sie eine hohe strukturelle Vielfalt auf, die sie für Spezialanwendungen interessant macht.“

Hausmanns Interesse gilt speziell den sogenannten Rhamnolipiden, die von Pseudomonas-Bakterien aus einem besonderen Zucker, der Rhamnose, und verschiedenen Fettsäuren gebildet werden. Die Mikroorganismen brauchen diese Substanzen, um pflanzliche Öle aus der Umgebung in Lösung zu bringen und als Energiequelle in ihr Inneres aufnehmen zu können.

Produktionskosten so weit wie möglich senken

Bisher konnten sich die biotechnologisch hergestellten Rhamnolipiden gegenüber den synthetischen Tensiden auf dem Markt noch nicht durchsetzen. Ein Grund dafür ist die relativ geringe Produktausbeute, die ihre Herstellungskosten in die Höhe treibt. Aktuell werden sie deswegen nur in Nischenbereichen eingesetzt.

„Wenn Biotenside als Alternative zu den herkömmlichen Tensiden etabliert werden sollen, müssen die Produktionskosten so weit wie möglich gesenkt werden“, erklärt Hausmann. Ein Schwerpunkt seiner Forschung liegt deswegen auf der Verbesserung des Produktionsprozesses. „Dies kann nur durch eine gleichzeitige genetische und verfahrenstechnische Optimierung geschehen. Ziel ist es, in unseren Bioreaktoren einen möglichst hohen Bakterienbesatz zu erreichen, um daraus dann möglichst viel an der gewünschten Substanz zu gewinnen.“

Laubholz innovativ verwerten

Ein weiterer Ansatz, den Hausmann jetzt im neu gegründeten Technikum Laubholz verfolgen möchte, ist die mikrobielle Verwertung von sogenannten Laubholz-Hydrolysaten. Dabei wird das Holz beispielsweise über eine Behandlung mit Enzymen, Säuren oder anderen Verfahren in seine molekularen Bestandteile zersetzt, die dann von den Bakterien verwertet werden können.

Was die Sache kompliziert macht: Es handelt sich dabei um ein Vielstoffgemisch aus verschiedenen Holzzuckern wie Xylose, Glucose, Arabinose und Mannose und den strukturgebenden Holzbestandteilen Zellulose, Hemizellulose und Lignin. „Hieraus ergeben sich besondere biologische, technologische und biotechnologische Herausforderungen“, sagt der Forscher.

Um einen effizienten Prozess im Bioreaktor gestalten zu können, müssten diese Schritte aufeinander abgestimmt sein. Was jetzt schon teilweise im Labormaßstab funktioniert, soll langfristig im Technikum Laubholz auch für die Umsetzung in industriellen Großanlagen etabliert werden.

Für Hausmann ist es eine gute Alternative, langfristig Laubholz sinnvoll zu nutzen: „Der Holzpreis sinkt und alternative Absatzmärkte sind gesucht“, weiß der Professor. Aktuell wird ein Großteil des Laubholzes nur als Feuerholz verkauft. Insbesondere in Baden-Württemberg, das sehr reich an Buchenwäldern ist. Denn im Gegensatz zu Fichte, deren langer gerade gewachsener Stamm sich gut für die Holzverarbeitung eignet, gibt es bei der Buche einen großen Anteil an dünnen und krumm gewachsenen Ästen, zum Beispiel in der Krone, die sich sonst nicht verwerten lassen.

Hintergrund zum Technikum Laubholz

In der Forschungseinrichtung des Landes Baden-Württemberg sollen in enger Zusammenarbeit von Hochschulen, Universitäten, Forschungsinstituten und Partnern aus Industrie und Maschinenbau industriereife Produkte aus Laubholzfasern entstehen. In den nächsten beiden Jahren will das Land Baden-Württemberg das Technikum mit 30 Millionen Euro fördern, insgesamt sollen in den nächsten acht Jahren 100 Millionen Euro an Investitionen fließen.

Die Technikum Laubholz GmbH wurde am 1. April 2020 gegründet. Standort sind die Gebäude der ehemaligen Papierfabrik Scheufelen in Lenningen, Landkreis Esslingen.