Biologisches Verfahren zur Umwandlung von Methan in umweltfreundliches Material
Verpackungsmaterialien aus Polymeren auf petrochemischer Basis sind schwer aus der Umwelt zu entfernen. „Je nach Art der Polymere kann die Zersetzung Dutzende, Hunderte oder gar Tausende Jahre dauern“, berichtet das Projektmitglied bei Methanotrophy Pawel Stepniewski von Microbic in Polen. Daher wird in der Industrie das Potenzial von Biopolymeren natürlichen Ursprungs geprüft. Anders als synthetische Polymere können Biopolymere von Mikroorganismen im Boden abgebaut werden und zerfallen in Verbindungen wie Kohlendioxid und Wasser. Ein interessantes Beispiel ist Polyhydroxybuttersäure (PHB). Dieser Biopolymer findet bereits breite Anwendung in der Industrie, Medizin und Pharmazie.
Methan in hochwertige ökologische Produkte umwandeln
Im Projekt Methanotrophy, das über die EU und die Industrie finanziert wurde, sollte ein innovatives Verfahren kommerzialisiert werden, mit dem Methan in hochwertige ökologische Produkte, darunter PHB, umgewandelt werden kann. Auf einer 100-Jahres-Skala ist das Erderwärmungspotenzial von Methan 28-mal höher als das von Kohlendioxid, auf einer 20-Jahres-Skala ist es 84-mal stärker. Das Herzstück dieser Biotechnologie bilden Methanotrophe – Bakterien, die Methan als Hauptquelle für Kohlenstoff und Energie nutzen. „Ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal zwischen Methanotrophen und anderen Bakterien ist die Fähigkeit, Methan in Methanol als Zwischenprodukt zu oxidieren“, erklärt Stepniewski. „Diese Bakterien wurden in zahlreichen Studien behandelt, weil sie das Potenzial aufweisen, Methan zu extrahieren. Bei unserer jahrelangen Forschung zu methanotrophen Bakterien kamen neue Erkenntnisse zur Aktivität methanotropher Bakterien ans Licht.“ Konkret wurde im Projekt Methanotrophy geprüft, ob bestimmte Kulturen dieser Bakterien als Biofilter eingesetzt werden können, um Methan zu absorbieren und PHB in industriellem Maßstab zu produzieren. So könnten die Methanemissionen reduziert und wertvolle, biologisch abbaubare Rohstoffe erzeugt werden. „Mit diesem Projekt sollte die langfristige Forschung der Microbic-Mitbegründerin Zofia Stepniewska unterstützt werden. Außerdem sollten die Technologie und das Geschäftsmodell validiert werden“, berichtet Stepniewski. „Wir konnten zudem einen Bioreaktor für methanotrophe Bakterien bauen, um beispielsweise PHB zu produzieren.“
Erfolgreiche Kultivierung von methanotrophen Bakterien
Mit dem Bioreaktor konnte das Projektteam methanotrophe Bakterien kultivieren und die Produktionsbedingungen kontrollieren. Durch die Tests zur Kultivierung von methanotrophen Bakterien in einem Bioreaktor wurde das Wissen dazu vertieft, wie PHB effizient produziert werden kann und welche Arten methanotropher Bakterien geeignet sind. „Wir fanden heraus, dass sich die methanotrophen Bakterien bei den gegebenen Bedingungen gut vermehren und effizient Methan absorbieren“, ergänzt Stepniewski. „Diese Arbeit und Qualität der Forschung war dank der bereitgestellten Finanzierung möglich.“ Das Team hat auch potenzielle Kundenanforderungen bezüglich PHB, verfügbare Produktionstechnologien und die Marktgröße analysiert. Für die weitere Planung der Ausgründung wurden Geschäftspläne entwickelt und Schritte in Richtung Kommerzialisierung unternommen. Das Projekt wurde über das Programm Women TechEU finanziert, mit dem von Frauen geführte Start-ups im Bereich der Spitzentechnologie in der Anfangsphase unterstützt werden.
Mögliche Anwendungen in Medizin und Technik
Zu den nächsten Schritten gehört die Optimierung der Extraktion und Granulierung von PHB. Diese Phasen sind kritisch für die Markteinführung der Technologie. „Wir konnten die Nutzung von methanotrophen Bakterien zur Verarbeitung von Methanabfällen nachweisen“, so Stepniewski. „Damit die Methode rentabel ist, sind jedoch weitere Forschungsphasen notwendig. Wir müssen den ökologischen Wert von Biokunststoffen wir PHB und die biologische Abbaubarkeit berücksichtigen und mögliche Anwendungen in Medizin und Technik weiter ausloten.“
Schlüsselbegriffe
Methanotrophy, biologisches Verfahren, Methan, Abfall, Verpackung, Polymer, ökologisch
