Innovative Enzymtechnologie im Kampf gegen Kunststoffabfall
Kunststoffabfall, der nicht recycelt werden kann, ist ein wachsendes ökologisches und wirtschaftliches Problem. In den EU-28 fallen jedes Jahr 27 Millionen Tonnen Kunststoffabfall an, von denen nur 31 % recycelbar sind. Um diese enorme Umweltbelastung nicht recycelbaren Kunststoffs zu beseitigen, wurde im EU-finanzierten Projekt ENZYCLE eine innovative enzymbasierte Lösung entwickelt, den aktuell nicht verwertbaren Kunststoff abzubauen, auch Mikroplastik in Abwasser.
Im Visier: Nicht recycelbare Kunststofffraktionen
Das Hauptziel im Projekt bestand darin, nicht recycelbare Kunststofffraktionen über ein Verfahren der enzymatischen Zersetzung zu verwerten. Ziele waren unter anderem Produkte aus Polyethylenterephthalat (PET) und Polyolefine – wie Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) in Form von PET-Schalen, Klappbehältern und mehrschichtigen Verpackungen nach Gebrauch –, für die herkömmliche Recyclingverfahren nicht geeignet sind. Das ENZYCLE-Team setzte verschiedene Enzyme ein, darunter Leaf-Branch Compost Cutinase (LCC) und aus Metagenomen abgeleitete Polyesterhydrolase (PHL7). Bei beiden wurde eine hohe hydrolytische Aktivität auf PET erkannt. „PHL7 kann in nur 16 Stunden 90 % PET zersetzen, das ist deutlich besser als die bisherigen Enzyme wie LCC“, berichtet das Team am ITENE-Forschungszentrum in Spanien, dem ENZYCLE-Projektträger.
Innovative Recyclingmethoden
Das ENZYCLE-Team hat ein System zum Abbau von Mikroplastik vorgestellt, in dem enzymatische und mikrobiologische Prozesse kombiniert werden, um Mikroplastik wie PET, PE und Polyamid abzubauen und eine Reduktion des Gewichts dieser Mikroplastikarten von 30 % zu erreichen. Das innovative Verfahren ist eine Alternative zu den üblichen thermischen Recyclingmethoden, die oft energieintensiv sind und bei denen die Qualität der Kunststoffmaterialien abnimmt. Anders als bei thermischen Methoden sind für das enzymatische Recycling nur geringe Temperaturen in einer wässrigen Umgebung notwendig, was deutlich nachhaltiger ist. „Die Enzyme bauen PET in wiederverwendbare Bestandteile, Terephthalsäure und Ethylenglykol ab, sodass hochwertiges Recycling möglich ist. Durch diese Vorteile ist das enzymatische Recycling eine nachhaltigere und wirksamere Alternative“, ergänzt das ITENE-Team. Mit diesem Ansatz können wertvolle Ressourcen zurückgewonnen und in hochwertigen Anwendungen eingesetzt werden. Damit ist das Recyclingverfahren effizienter und der Kreislauf der Kunststoffherstellung wird geschlossen.
Ergebnisse und Herausforderungen in der Praxis
Trotz des Erfolgs musste das ENZYCLE-Team große Hürden bewältigen. Ein Hauptproblem war, die Enzymproduktion auf ein industrielles Niveau auszubauen, ohne dass die Kosten exponentiell steigen. Mit einem fortlaufenden Kulturverfahren in zwei Schritten und verbesserter Enzymstabilität dank Protein-Engineering konnte das Projektteam die groß angelegte Enzymproduktion industriell tragbar gestalten. Doch auch bei der Optimierung der biologischen Prozesse für echtes Mikroplastik aus Kläranlagen kamen Probleme auf. Das ITENE-Team erzählt: „Zu den Herausforderungen gehörte, die biologischen Prozesse für echtes Mikroplastik aus Kläranlagen zu optimieren und die Prozesse aus dem Labor auf ein industrielles Niveau anzuheben, ohne die Enzymkosten aus dem Auge zu verlieren.“
Zukünftige Chancen in der Kreislaufwirtschaft
Die Innovationen aus dem Projekt ENZYCLE gehen über das traditionelle Kunststoffrecycling hinaus. Durch die Zusammenarbeit zwischen der Biotechnologie und der Abfallwirtschaft wurden Möglichkeiten für neue Wertschöpfungsketten eröffnet. Über diese Partnerschaften können Recyclingunternehmen fortschrittliche Methoden zur Abfallverwertung testen und gleichzeitig neue Rohstoffe für die Biotechnologie bereitstellen – alles im Sinne der Kreislaufwirtschaft. Aus dieser Synergie könnten Fortschritte zu biotechnologischen Werkstoffen, umweltfreundlichen Fertigungstechnologien und nachhaltigen Verpackungslösungen hervorgehen.
Auswirkungen auf Nachhaltigkeit und Gesellschaft
Mit der enzymatischen Lösung von ENZYCLE können die Auswirkungen von Kunststoffabfällen auf die Umwelt deutlich reduziert werden, insbesondere durch nicht recycelbare Fraktionen. Das Projektteam trägt dazu bei, die Plastikverschmutzung zu minimieren und die Abfallwirtschaft zu optimieren, und hilft so, Ökosysteme und die biologische Vielfalt sowie die menschliche Gesundheit zu schützen. Der Ansatz von ENZYCLE steht auch im Einklang mit größeren Zielen der Kreislaufwirtschaft, mit der die Abhängigkeit von Rohstoffen und fossilen Brennstoffen gemindert und Umschulungen und die Schaffung von Arbeitsplätzen in der Biotechnologie und der Abfallwirtschaft gefördert werden sollen.
Schlüsselbegriffe
ENZYCLE, Mikroplastik, Kreislaufwirtschaft, enzymatische Zersetzung, Kunststoffrecycling, nachhaltige Abfallwirtschaft
