Kunststoffe sind vielseitig einsetzbar und langlebig. Doch gerade die lange Haltbarkeit ist das Problem: Erdölbasierte Kunststoffe verrotten nicht oder nur unvollständig und belasten die Umwelt. Doch ganz ohne Plastik geht es noch nicht. Daher suchen Forschende weltweit auch nach Wegen, erdölbasierte Kunststoffe wiederzuverwerten. Noch wird nur ein geringer Anteil des weltweiten Plastikmülls recycelt. Mit der Identifizierung neuer Biokatalysatoren haben Forschende nun den Weg für ein nachhaltiges Recycling von Plastikabfällen geebnet.

Enzyme zerlegen Polyurethane

Ein Team um Uwe Bornscheuer von der Universität Greifswald hat zusammen mit dem deutschen Unternehmen Covestro sowie Forschenden aus Leipzig und Irland Enzyme aufgespürt, die nach einer chemischen Vorbehandlung in der Lage sind, Polyurethane in ihre Bausteine zu zerlegen. „Die Suche nach diesen speziellen Biokatalysatoren war sehr aufwendig und wir mussten ca. zwei Millionen Kandidaten durchmustern, um die ersten drei Enzyme zu finden, die nachweislich in der Lage sind, die spezielle Bindung in Polyurethan aufzubrechen“, beschreibt der Greifswalder Doktorand Yannick Branson die Herausforderung dieses Projekts.

Grundlage für industrielles Plastikrecycling

Polyurethane (PUR) sind Kunststoffe oder Kunstharze, die zur Herstellung von Matratzen, Dämmstoffen, Sportschuhen oder aber für Beschichtungen wie Dichtungsmittel, Farben und Klebstoffe verwendet werden. Bisher sind sie nur unter hohem Energieaufwand chemisch recycelbar. Natürliche Biokatalysatoren wie Enzyme können die Plastikmoleküle hingegen schon bei 40 Grad Celsius und ohne den Einsatz von Chemikalien in ihre Bestandteile zerlegen. „Mit dieser bahnbrechenden Entdeckung haben wir nun die Voraussetzung geschaffen, diese Biokatalysatoren durch Methoden des Protein-Engineerings weiter zu verbessern, um sie für ein industrielles Recycling von Polyurethan maßschneidern zu können“, betont Uwe Bornscheuer.
 
Auch für die weitverbreiteten Polyvinylalkohole (PVA), die etwa bei der Beschichtung von Fasern und als Folien für Verpackungen zum Einsatz kommen, konnte das Team um Bornscheuer die Grundlagen für ein biotechnologisches und damit nachhaltigeres Recycling entwickeln. Hier gelang es den Forschenden, drei verschiedene Enzyme geschickt zu kombinieren, sodass diese das Polymer so verändern, bis sich Bruchstücke bilden, die dann stofflich verwertet werden können.

Der Kreislaufwirtschaft ein Stück näher gekommen

Bis zum ersten Einsatz der neuen Biokatalysatoren im großtechnischen Plastikrecycling werden noch einige Jahre vergehen. Doch der erste Schritt ist getan: „Mit Hilfe der neu identifizierten Enzyme kommen wir unserem Ziel einer vollständigen Kreislaufwirtschaft in der Kunststoffindustrie ein Stück näher“, so Gernot Jäger, der das Covestro-Kompetenzzentrum für Biotechnologie in Leverkusen leitet.

bb