10.07.2026

Bakterien liefern Baustein für biobasierte Polymere

Forschende haben Bakterien so angepasst, dass sie aus Glukose einen Baustein für biobasierte Kunststoffe herstellen. Die Prozesskette wurde bis in den Technikumsmaßstab getestet.

Übersichtsgrafik zur Studie von Wynands et al. in ACS Sustainable Chemistry & Engineering

Quelle

Wynands et al. / ACS Sustainable Chemistry & Engineering, CC BY 4.0

Die Übersichtsgrafik der Studie zeigt wie die Forschenden die Herstellung des Polymerbausteins 4HPAA vom Bakterienstamm über den Bioreaktor bis zur Polymerisation führen.

Wer neue Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen herstellen will, braucht mehr als ein passendes Molekül. Der Baustein muss in ausreichender Menge entstehen, sauber aufgereinigt werden und sich anschließend wirklich zu einem Polymer verbinden lassen. Genau diese Kette hat ein Team um das Forschungszentrum Jülich, das Leibniz-HKI, die Technische Universität Dänemark und die Bio Base Europe Pilot Plant nun für 4-Hydroxyphenylessigsäure, kurz 4HPAA, untersucht. Der aromatische Baustein kann als Grundlage für spezielle biobasierte Polyester dienen.

Vom Zucker zum Polymerbaustein

Im Mittelpunkt steht das Bakterium Pseudomonas taiwanensis. Die Forschenden veränderten seinen Stoffwechsel so, dass es Glucose nicht vor allem in Zellmasse, sondern in 4HPAA umwandelt. Dafür testeten sie mehrere Biosynthesewege und optimierten anschließend die Kultivierung. Im Schüttelkolben erreichte der beste Stamm eine Kohlenstoffausbeute von bis zu 25 %. Danach wurde der Prozess in Rührkesselreaktoren übertragen.

Der Sprung in größere Anlagen gelang in zwei Stufen: zunächst auf 30 Liter, dann auf 1.500 Liter. In dem sogenannten Fed-Batch-Verfahren, bei dem Zucker während der Kultivierung nachdosiert wird, entstanden bis zu 11 Gramm 4HPAA pro Liter Fermentationsbrühe. Das ist noch kein industrielles Produktionsverfahren, zeigt aber, dass Stamm, Prozessführung und Aufarbeitung auch außerhalb des kleinen Labormaßstabs zusammenpassen.

Reinheit entscheidet mit

Nach der Fermentation wurden die Bakterienzellen entfernt, das Produkt extrahiert, konzentriert und kristallisiert. Im 1.500-Liter-Maßstab gewann das Team mehrere Kilogramm 4HPAA. Proben mit mindestens 95 % Reinheit ließen sich zu Polymeren verarbeiten, die mit Material aus kommerziellem, fossilem 4HPAA vergleichbar waren. Einige stärker verunreinigte Proben führten dagegen zu dunkleren Polymeren oder veränderten Materialeigenschaften.

Die Studie ist damit vor allem ein Blick auf die gesamte Prozesskette biobasierter Chemie. Sie macht deutlich, dass bei neuen Polymerbausteinen nicht nur der Mikroorganismus zählt, sondern auch Reinigung und Weiterverarbeitung früh mitgedacht werden müssen. Für eine industrielle Nutzung wären weitere Optimierungen nötig, etwa bei Ausbeute, Produktkonzentration und Wirtschaftlichkeit.