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05.02.2019

Bioplastik effizienter herstellen

Stephanie
Stute

Beruf
Bioingenieurin

Position
Professorin für Bioverfahrenstechnik an der Fakultät Verfahrenstechnik, Technische Hochschule Nürnberg

Quelle: 
Fotostudio Hübner
Die Nürnberger Bioingenieurin Stephanie Stute entwickelt ein effizientes und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung biobasierter und biologisch abbaubarer Kunststoffe aus Polybuttersäure.

Kunststoffe und Plastikverpackungen sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Doch sie sind gleich in mehrfacher Hinsicht eine Bedrohung für die Umwelt: Herkömmliche Kunststoffe sind meist erdölbasiert und verbrauchen für die Herstellung enorm viele Ressourcen. Außerdem sammeln sich große Müllberge von Einwegplastikprodukten an. Da viele Kunststoffe kaum oder gar nicht recycelt werden, zerfallen sie im Laufe ihres jahrzehntelangen Abbaus in sogenannte Mikroplastikpartikel. Diese reichern sich sowohl auf dem Land als auch im Wasser an und gelangen so in die Nahrungskette. Eine nachhaltige Alternative bieten biobasierte Kunststoffe, die in ihrer Herstellung wesentlich ressourcenschonender sind. Einige sind zudem auch biologisch abbaubar. Noch ist die Herstellung von Bioplastik meist teurer als die Produktion herkömmlicher Kunststoffe. Die Nürnberger Bioingenieurin Stephanie Stute will das ändern: Sie arbeitet an einem Verfahren, das die Herstellung biobasierter und biologisch abbaubarer Kunststoffe aus Polybuttersäure effizienter und kostengünstiger macht.

Frage 

Es gibt mittlerweile verschiedene Arten von biobasierten Kunststoffen. Warum haben Sie sich für die Polybuttersäure entschieden?

Antwort 

Polybuttersäure  – kurz PHB für Polyhydroxybutyrat – ist ein Kunststoff, der viele Eigenschaften von gängigen Massenkunststoffen in sich vereint. PHB hat vergleichbare technische Eigenschaften wie die petrochemischen Kunststoffe Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) und lässt sich in den gängigen Herstellungsverfahren wie Extrusion und Spritzgießen beispielsweise zu Verpackungsfolien oder Formteilen wie Einwegbesteck verarbeiten. PHB kann somit ohne größere technische Hürden bereits als Ersatz für petrochemische Kunststoffe für eine Vielfalt von Produkten eingesetzt werden. Darüber hinaus ist PHB auch bei höheren Temperaturen formstabil, weist gute Barriereeigenschaften gegenüber Sauerstoff und Wasserdampf auf und ist zusätzlich biologisch abbaubar, was nicht jeder biobasiert hergestellte Kunststoff ist. Und nicht zuletzt ist der Fermentationsprozess zur Herstellung des Werkstoffs PHB aus verfahrenstechnischer Sicht reizvoll.

Frage 

Die Herstellungskosten für Polybuttersäure sind zur Zeit noch sehr hoch. Woran liegt das? 

Antwort 

PHB kostet bisher im Vergleich zu Polyethylen (PE) das Fünffache oder mehr. Die höheren Herstellungskosten für PHB liegen zum einen am Fermentationsverfahren, das im Vergleich zu den technisch ausgereizten und optimierten chemischen Synthesen noch eine geringe Produktivität aufweist. Zum anderen sind die für die Fermentation verwendeten Rohstoffe, verglichen mit dem aus Erdöl gewonnenen Ethen für die Herstellung von PE, kostspieliger. Weitere Gründe sind die geringere Produktionskapazität, die wenigen Anbieter am Markt und der noch nicht genügend etablierte Einsatz von PHB.

Frage 

Wie wollen Sie die biotechnologische Herstellung verbessern und dadurch die Kosten senken?

Antwort 

Ein wichtiger Aspekt ist die Gesamtproduktivität, also wie viel Produkt kann in wie viel Nährlösung in einem Produktionsjahr hergestellt werden. Die Jahresproduktivität, die sich mitunter aus den mögli­chen Produktionszyklen ergibt, wird im bisher gängigen Fed-Batch-Verfahren durch immer wieder anfallende Rüstzeiten für Reaktorreinigung, Befüllen, Sterilisation und vieles mehr geschmälert. Daher möchte ich ein kontinuierliches Verfahren entwickeln, das durch die Reduktion von Rüstzeiten eine deutlich höhere Jahresproduktion bei gleichbleibender Produktqualität ermöglicht.

Frage 

Wenn Sie zwischen biobasiertem und biologisch abbaubarem Plastik wählen müssten, wofür würden Sie sich entscheiden und warum?

Antwort 

Eine schwierige Entscheidung, aber ich würde mich für bioabbaubares Plastik entscheiden. Denn Plastik ist ein außerordentlich praktisches und vielseitiges Material. Allerdings werden insbesondere Verpackungen oder Plastiktü­ten häufig nach kurzer, einmaliger Nutzung weggeworfen und belasten bei unüberlegter, aber auch bei geregelter Entsor­gung die Umwelt. Weltweit betrachtet, sammelt sich achtlos weggeworfener Plastikmüll in den Weltmeeren zu enormen schwimmenden Inseln an, und die beim Degradie­ren des Mülls entstehende Mikroplastik reichert sich in der Nahrungskette an. Wäre dieser Plastikmüll biologisch abbaubar, wäre allen Bewohnern dieses Planeten ein großer Dienst getan. Zum Glück muss ich mich nicht entscheiden, sondern kann mit PHB beide Anforderungen bedienen.

Frage 

Was steht als nächstes an?

Antwort 

Die Erstellung eines größeren Forschungsantrags mit mehreren Partnern aus Forschung und Wirtschaft. Im Fokus soll die Entwicklung eines PHB-Produktionsverfahrens für spezielle Branchensegmente wie beispielsweise Lebensmittelverpackungen sowie die Übertragung vom Labor- in den Technikumsmaßstab stehen.

Interview: Judith Reichel

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