Jährlich werden rund 450 Millionen Tonnen Kunststoff weltweit produziert. Ein Ansatz, diese Flut einzudämmen, sind Polyhydroxyalkanoate oder kurz PHA. Dabei handelt es sich um Biopolymere, die ähnlich thermoplastisch verformbar sind wie Kunststoff aus fossilen Rohstoffen. „Aber das war es dann auch schon an Gemeinsamkeiten“, sagt Sebastian Riedel von der TU Wien, der zusammen mit Stefan Junne an der Herstellung von PHA forscht. Und auch Biokunststoff ist nicht gleich Biokunststoff: „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.
PHA kann aus vielen Stoffen gewonnen werden – aus Mais, Zucker, Glycerin oder Palmöl. Den beiden Forschern an der TU Berlin schwebte aber ein Ausgangsprodukt vor, das das Klima nicht belastet und kein Nahrungs- oder Futtermittel ist. Denn auch einen solchen Ausgangsstoff halten sie für problematisch. Auf der Suche nach einer Alternative entschieden sie sich unter anderem für Abfallfette, die zum Beispiel in der Gastronomie, bei der Weiterverarbeitung von Lebensmittelabfällen oder in der Landwirtschaft durch Tierkadaver anfallen.
Herstellung mithilfe von Knallgas-Bakterien
Wie aber wird aus stinkendem braunen Fett das Biopolymer PHA, das wie weiß schimmerndes Seidenpapier aussieht und 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‘“, erklärt 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 die Wissenschaftler den Bakterien dann 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“, führt Riedel aus. 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.“
Das PHA werde deshalb mit Lösungsmitteln extrahiert, die teilweise nach dem Prozess wieder zurückgewonnen werden können. Die Forscher arbeiten bereits an alternativen Aufarbeitungsmethoden, die den Prozess langfristig kostengünstiger und nachhaltiger machen sollen.
Verzicht auf Forschung mit Palmöl
Sebastian Riedel 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“, sagt der Wissenschaftler.
Als Riedel 2012 an die TU Berlin kam, stellte er seine Forschungen mit Palmöl allerdings ein. Grund dafür soll gewesen sein, dass Palmölplantagen dem Regenwald schaden. „Ersatz für Plastik gefunden, Regenwald abgeholzt – das kann ja nicht das Ergebnis von Forschung sein“, begründet Riedel seine Entscheidung. Seit 2017 baut er nun die PHA-Forschung mit biogenen Reststoffen am Fachgebiet Bioverfahrenstechnik der TU Berlin aus.
