Kunststoff-Upcycling mithilfe von Enzymen und mikrobiellen Gemeinschaften
Die wachsende Nachfrage nach Kunststoffprodukten stellt eine globale ökologische Herausforderung dar. Weltweit werden mehr als 400 Millionen Tonnen Kunststoffe hergestellt, und die Prognose lautet, dass bis zum Jahr 2050 gigantische 800 Millionen Tonnen produziert werden. Nur ein Bruchteil dieses Kunststoffs wird recycelt. „Das bedeutet, dass eine wertvolle Ressource verlorengeht und unsere Umwelt verschmutzt wird“, sagt Lars Blank von der RWTH Aachen in Deutschland, Projektkoordinator von MIX-UP. „Wenn sich die jährlich produzierte Kunststoffmenge bis 2050 verdoppelt oder gar verdreifacht, ist die Situation das Gegenteil von nachhaltig. Deshalb ist es dringend notwendig, jetzt neuartige Recyclingmethoden zu entwickeln.“
Engpässe beim Kunststoffrecycling beseitigen
Das Hauptziel des EU-finanzierten Projekts MIX-UP bestand darin, einen wichtigen Engpass beim Kunststoffrecycling zu beseitigen: die Umwandlung unsortierter, gemischter Kunststoffe in wertvollen Biokunststoff, der wiederverwendbar ist. Die Projektidee lautete, dass Kunststoffprodukte durch den Einsatz von Enzymmischungen und mikrobiellen Gemeinschaften in ihre einzelnen Monomere zerlegt werden und dieses Material wiederverwendet werden kann. „Wenn Sie schon einmal in einer Abfallbehandlungsanlage waren, in der gesammeltes Plastik verarbeitet wird, können Sie die Herausforderung verstehen, all diese Abfälle in reine Monomere umzuwandeln“, erklärt Blank. „Geringwertige Kunststoffe sind wirklich schwer recycelbar.“
Auf der Suche nach plastikfressenden Enzymen und Bakterien
Das Projektteam baute auf früheren Arbeiten wie dem EU-finanzierten Projekt P4SB auf, innerhalb von dem Enzyme und Bakterien identifiziert wurden, die Kunststoffe fressen und ihre molekularen Bindungen aufbrechen, sodass wiederverwendbare Monomere zurückbleiben. Außerdem wurde ein globaler Ansatz verfolgt, der europäische akademische Einrichtungen und Unternehmen mit chinesischen Partnereinrichtungen zusammenbrachte. „Globale Probleme erfordern globale Lösungen und internationale Zusammenarbeit“, sagt Blank. „Auf China und die EU gemeinsam entfallen etwa 50 % der weltweiten Kunststoffproduktion, sodass es sinnvoll ist, das Kunststoffrecycling gemeinsam anzugehen.“ Das Team des Projekts MIX-UP hat seinen neuartigen Ansatz für das Kunststoffrecycling innerhalb etlicher Pilotprojekte in Europa und China demonstriert. Zunächst wurden die unsortierten Kunststoffabfälle mechanisch zerkleinert. Anschließend wurden die gemischten Enzyme optimiert und auf die Abfälle aufgebracht. Für verschiedene Kunststoffarten werden unterschiedliche Enzyme benötigt. Diese technologisch hergestellten Enzyme zerlegten die Kunststoffpolymere in ihre einzelnen Bestandteile. Die resultierenden Monomere dienten dann als aus Plastik gewonnenes Ausgangsmaterial und wurden an spezielle mikrobielle Gemeinschaften verfüttert, die diese Komponenten wiederum auf biologischem Wege in Biokunststoffe umwandelten.
Neuartige Enzyme, die professionell Plastik abbauen
Im Rahmen des Projekts konnten mehrere neuartige Enzyme identifiziert und vorgeführt werden, die beim Abbau verschiedener Kunststoffe gute Leistungen zeigten. Zu diesem Thema wurde eine große Anzahl wissenschaftlicher Arbeiten veröffentlicht, wobei die Ergebnisse noch nicht abschließend vorliegen. Die Arbeit unterstreicht zudem, wie wichtig es ist, dass sich leicht abbaubare Kunststoffe im Umlauf befinden. Deshalb wäre es Blank lieb, wenn mehr Kunststoffprodukte mit Polyhydroxyalkanoaten (PHA) hergestellt werden. Dabei handelt es sich um Polyester, die in der Natur von zahlreichen Mikroorganismen erzeugt werden und als ein wichtiges Nebenprodukt bei den Pilotversuche von MIX-UP anfallen. „Eines unserer chinesischen Partnerunternehmen eröffnet gerade eine PHA-Produktionsanlage mit einer Kapazität von 10 000 Tonnen“, fügt er hinzu. „Das Ganze wird langsam Realität.“ Mithilfe einer Kombination aus intensiver Enzymtechnik, Metabolic Engineering bei definierten Mischkulturen und Bioprozessoptimierung hat das Team von MIX-UP nachgewiesen, wie Kunststoffe durch natürliche Prozesse abgebaut werden können. Hier könnten neue wirtschaftliche Möglichkeiten entstehen, wobei Kunststoffabfällen ein Wert beigemessen wird und somit Anreize für das Sammeln von Kunststoffen und die Beseitigung von Kunststoffen aus der Umwelt geschaffen werden.
Schlüsselbegriffe
MIX-UP, Kunststoffe, Enzyme, Biokunststoffe, Recycling, mikrobiell
