Konventionelle Kunststoffverpackungen basieren in der Herstellung auf Erdöl und belasten nach Gebrauch die Umwelt. Im neuen Forschungsprojekt SusPackaging an der Universität Stuttgart wollen Wissenschaftler nun bioverträgliche Verpackungsmaterialien entwickeln, die als Ausgangsstoff nachhaltig produzierte Substrate wie Fette und Kohlenhydrate haben und in wenigen Monaten komplett abbaubar sind.
Das Projekt wird vom Institut der Mikrobiologie der Universität Stuttgart zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB und anderen Instituten sowie ökologisch orientierten Kosmetikkonzernen wie Wala und Weleda getragen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert es mit über zwei Millionen Euro.
Kreislaufwirtschaft mithilfe von Bakterien
Die Wissenschaftler haben sich die Entwicklung von bioverträglichen Verpackungsmaterialien aus nachhaltigen Ausgangsstoffen zum Ziel gesetzt. Im Mittelpunkt der Forschung stehen Biokunststoffe aus Polyhydroxyfettsäuren (Polyhydroxyalkanoate, PHAs). Diese werden direkt in Mikroorganismen, im konkreten Fall aus Holzabfällen, aufgebaut. Sie sind zudem sehr gut biologisch abbaubar.
Die Projektpartner untersuchen sowohl die Produktion dieser Biopolymere als auch deren Extraktion aus Bakterienzellen. Hierfür wurde im Fraunhofer IGB unter der Leitung von Dr. Ana Lucía Vásquez-Caicedo eigens für das Projekt ein lösungsmittelfreies Verfahren entwickelt.
Ziel ist eine Kreislaufwirtschaft: Hierbei wird zunächst im Zuge der Photosynthese Wasser und Kohlendioxid als Holz fixiert. Aus den Abfällen der Holzproduktion werden dann Substrate für die Bakterien produziert. Die Bakterien verarbeiten diese dann zu den PHAs, die am Ende des Abbauprozesses in der Natur wieder zu Wasser und Kohlendioxid mineralisiert werden.
Verpackungen für ökologische Kosmetika
Die Forscher experimentieren mit einer Vielzahl von Bakterienstämmen, die jeweils auf verschiedenen Nahrungsquellen wachsen und unterschiedliche PHA-Polymere herstellen können. Die Zusammensetzung der PHAs hat später einen wesentlichen Einfluss auf die Verarbeitbarkeit und Nützlichkeit der Verpackungsprodukte.
Es konnten bereits Produktionsverfahren für zwei PHA-Copolymere (Polymere aus mehr als einem Baustein) entwickelt werden, die gut zu verarbeiten sind und mit denen die Bakterienstämme ebenso hohe Wachstums- sowie Produktivitätsraten entwickelten wie auf Substraten aus reinen Kohlenhydraten.
„Somit konnten wir zeigen, dass diese Abfallstoffe sehr gut geeignet sind, um daraus auf dem Wege des Upscalings mithilfe von Bakterien hochwertige Biokunststoffe herzustellen“, erklären die Projektleiter Dr. Dieter Jendrossek und Dr. Felix Becker vom Institut für Mikrobiologie an der Universität Stuttgart. „Dies macht den Prozess sowohl umweltschonend als auch ressourcenschonend.“
Nun will das Team die Verfahren, die bisher im kleinen Maßstab ablaufen, zusammen mit den Projektpartnern in einen größeren Maßstab überführen und den Produktionsprozess optimieren. „Unser Ziel sind hochwertige und umweltfreundliche Verpackungen, die beispielsweise für ökologische Kosmetika verwendet werden können“, sagen die Forscher.
