Im Haushalt fallen täglich große Mengen Plastikmüll an. Auch wenn viele Verpackungen mittlerweile aus Biokunststoffen wie Polymilchsäure (PLA) bestehen: nicht alle Biokunststoffe sind auch biologisch abbaubar und müssen daher aufwendig recycelt werden. Mit dem Biopolymer Polyhydroxyalkanoat (PHA) nehmen Forschende nun einen Kandidaten ins Visier, der bisher wenig Beachtung fand, aber vielversprechend ist. Denn die Biosynthese erfolgt durch Mikroorganismen, die PHA verstoffwechseln. Forschende vom Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB und des Fraunhofer-Instituts für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV wollen nun gemeinsam mit der Universität Stuttgart und der LCS Life Cycle Simulation Verpackungen aus PHA für die Kosmetikindustrie entwickeln.

Bakterien mit Reststoffen füttern

„Im Prinzip geht es uns darum, möglichst neue Strukturvarianten herzustellen, damit dann geprüft werden kann, ob sich der jeweilige Kunststoff als Verpackungsmaterial eignet“, erklärt Susanne Zibek vom IGB in Stuttgart. Im Labor hat Zibek bereits verschiedene Bakterien mit Reststoffen wie Holzabfällen gefüttert, um zu sehen, wie die kohlenstoffbasierten Futterquellen die Bakterien zur PHA-Produktion anregen. Gemeinsam mit ihren Forschungspartnern will Zibek im Rahmen des Projektes SusPackaging neue biologisch abbaubare Plastikalternativen entwickeln und das in einer komplett grünen Wertstoffkette.

PHA-Extraktion ohne Lösungsmittel

Das PHA aus den Mikroorganismen wird gewöhnlich mit Lösemitteln wie Chloroform extrahiert. Dafür hat das IBG-Team eine nachhaltige Alternative parat. „Unser Ziel ist es, von diesen umweltbelastenden Lösemitteln wegzukommen“, erklärt Vásquez-Caicedo, Leiterin des Themenfelds Lebensmitteltechnologie am Fraunhofer IGB. Sie hat eine rein mechanisch-physikalische Methode zum Aufschluss der Zellen, die so genannte Druckwechseltechnik, entwickelt. Das Prinzip: Die Fermentationsbrühe, in der sich die Mikroorganismen befinden, wird zunächst mit einem Arbeitsgas versehen und unter Druck gesetzt, sodass das Gas bis in das Zytoplasma der Zellen eindringt. Wird der Druck in dem Gemisch anschließend abrupt wieder gesenkt, dehnt sich das Gas aus, die Zellen werden gesprengt und das PHA dadurch freigesetzt.

PHA für kleine Einwegverpackungen geeignet

In Form von weißem Pulver wird das extrahierte PHA anschließend am Fraunhofer IVV in Freising zu einem Granulat und dann zu Folien weiterverarbeitet. Auch wenn die dabei erzeugten Mengen noch sehr gering sind, die Ergebnisse geben Hoffnung. „Bei den mechanischen Eigenschaften zeigt sich, dass manche PHA-Typen derzeit noch etwas schwierig zu prozessieren sind. Da müssen wir noch ein wenig nachsteuern." Was die Barriereeigenschaften betrifft, sind die PHAs im Vergleich zu anderen Biopolymeren vielversprechend. Anhand der Ergebnisse des IVV konnte Susanne Zibek die Futterstrategie ihrer Bakterien verändern und so die Qualität von PHA verbessern. Energieeffizienz und Nachhaltigkeit des gesamten Prozesses werden abschließend beim Projektpartner LCS Life Cycle Simulation ermittelt. Doch schon jetzt steht fest: Das Potenzial dieses Biopolymers ist groß. Den Forschenden zufolge könnte es vor allem für kleine Einwegverpackungen eine Alternative zu fossilen Kunstoffen sein.

bb