Fraunhofer IPK: Neuer Kunststoff aus Abfall

Compoundierte und granulierte Polyhydroxybuttersäure (PHB) - (Bild: Fraunhofer IPK/Andy King).

Ein neuartiger Kunststoff soll aus Abfällen produziert und problemlos in weniger als einem Jahr abgebaut werden können. Polyhydroxybuttersäure heißt der Werkstoff, mit dem sich künftig vor allem Einwegprodukte und Wegwerfartikel umweltschonend herstellen und abbauen lassen sollen. Ein neues Produktionsverfahren des Fraunhofer-Instituts für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK und seiner Partner soll die industrietaugliche Herstellung des innovativen Materials ermöglichen.

Forschungsinitiative „Bioökonomie International“
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF hat die Forschungsinitiative „Bioökonomie International“ ins Leben gerufen, in enger Kooperation mit dem Fraunhofer IPK, dem Fachgebiet für Bioverfahrenstechnik der TU Berlin, regionalen Industriepartnern und internationalen Forschungspartnern aus Malaysia, Kolumbien und den USA. Die Wissenschaftler entwickelten ein Verfahren zur Produktion von Polymeren, das ohne hochwertige Rohstoffe wie Mineral-, Palm- oder Rapsöl auskommt.

Neuer Kunststoff ist vergleichbar mit Polypropylen
Der Kunststoff Polyhydroxybuttersäure (PHB) wird in dem neuen Verfahren aus industriellen Reststoffen wie beispielsweise Abfallfetten mit hohem mineralischem Reststoffanteil hergestellt. In speziellen Fermentationsprozessen können Mikroorganismen diese Reststoffe verstoffwechseln. Sie lagern das PHB als Energiespeicher in ihren Zellen ein. „Nachdem der Kunststoff aus der Zelle der Organismen herausgelöst wurde, lässt er sich jedoch noch nicht industriell verwerten, da er viel zu langsam erstarrt“, sagt Christoph Hein, Abteilungsleiter Mikroproduktionstechnik am Fraunhofer IPK. Durch spezielle Nachbearbeitungsschritte wird das Rohmaterial daher mit chemischen Zusatzstoffen gemischt. Indem sie Plastifizierungs- und Verarbeitungsparameter anpassten, konnten die Forschungsteams beispielsweise die Rekristallisationszeit so modifizieren, dass sie den industriellen Anforderungen an die Verarbeitungszeit gerecht wurde. Das Ergebnis ist ein Kunststoff, der vergleichbare Eigenschaften wie Polypropylen (PP) aufweist. Im Gegensatz zu PP sei er allerdings in einem Zeitraum von sechs bis zwölf Monaten vollständig abbaubar.

Bei dieser Art der Kunststoffherstellung werden die Polymere vollständig durch Mikroorganismen biotechnologisch synthetisiert. „Dazu wandeln wir biogene Reststoffe wie beispielsweise Abfallfette in technisch nutzbare Polyester um“, erläutert Hein. Als Biokatalysatoren setzen der Forscher und sein Team molekulargenetisch modifizierte Mikroorganismen ein. Mithilfe chemischer Reinigungsprozesse und einer umfangreichen Werkstoffoptimierung konnten sie so eine neuartige Werkstofffamilie entwickeln, die den Anforderungen an technische Kunststoffe entspricht.

Verfahren benötigt keine erdölbasiserten Synthesebestandteile
Das neue Verfahren kommt den weiterern Angaben zufolge nicht nur komplett ohne erdölbasierte Synthesebestandteile aus, es ermöglicht demnach auch einen umweltverträglichen Abbauprozess. Die entwickelten Kunststoffe können durch natürlich vorkommende Mikroorganismen abgebaut werden und sind dabei nicht an spezifische Abbaubedingungen in industriellen Kompostanlagen gebunden. Vor allem Einwegprodukte und sonstige Wegwerfartikel lassen sich dadurch auf umweltschonende Art herstellen und abbauen.

Auch hochwertige Kunststoffteile für bestimmte technische Verwendungszwecke und -dauern kann man auf diese Weise herstellen. Solche Produkte unterliegen besonderen qualitativen Ansprüchen. Sie benötigen spezielle Form- und Lagetoleranzen und Oberflächenqualitäten, oder müssen besonders präzise reproduzierbar sein. Um diesen Ansprüchen gerecht zu werden, entwickelten die Wissenschaftler hochspezialisierte Replikationsprozesse.

Weitere Informationen: www.ipk.fraunhofer.de, www.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK, Berlin

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