Uni Oldenburg: Organische Abfälle in Kunststoff verwandeln

Um erstmalig komplett biobasiertes PBS zu erhalten, braucht es eine Spezialchemikalie. Die Forschenden arbeiten an einer neuartigen Technologie - (Bild: Uni Oldenburg, Matthias Knust).

An der Universität Oldenburg arbeitet eine neu eingerichtete Nachwuchsgruppe an der Entwicklung eines vollständig biobasierten und biologisch abbaubaren Kunststoffs aus organischen Abfällen wie Gartenschnitt, Heu, Ernterückständen und Algen. Ziel des Vorhabens ist es, Polybutylensuccinat (PBS) künftig ausschließlich aus Abfallbiomasse herzustellen und damit eine industriell nutzbare Alternative zu konventionellen Kunststoffen zu schaffen. Das Projekt mit dem Titel „EcoPBS“ wird vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) mit rund 2,7 Millionen Euro gefördert.

Geleitet wird die Nachwuchsgruppe von der Chemikerin Dr. Melanie Walther, die neu an die Universität Oldenburg berufen wurde. PBS gilt als mechanisch belastbar und gut verarbeitbar, vergleichbar mit Polypropylen oder Polyethylen, unterscheidet sich jedoch durch seine gute biologische Abbaubarkeit. Bislang fehlt es jedoch an Verfahren, mit denen PBS vollständig biobasiert, recyclingfähig und zugleich industrienah hergestellt werden kann. Genau hier setzt das Forschungsvorhaben an.

Die Arbeiten sind in drei Teilprojekte gegliedert. Zunächst untersucht das Team, wie sich organische Abfälle in biotechnologischen Prozessen effizient umwandeln lassen. Dabei werden zwei unterschiedliche Fermentationswege analysiert: die Aceton-Butanol-Ethanol-Fermentation sowie die Bernsteinsäure-Fermentation. Ziel ist es, robuste und leicht kultivierbare Mikroorganismen zu identifizieren, die auch unter energie- und kosteneffizienten Bedingungen hohe Ausbeuten ermöglichen.

Im zweiten Teilprojekt steht das sogenannte Downstreaming im Mittelpunkt, also die Aufarbeitung und Reinigung der fermentierten Produkte. Hier soll unter anderem n-Butanol zu 1,4-Butandiol weiterverarbeitet werden, einem wichtigen Zwischenprodukt für die Kunststoffherstellung. Mithilfe von Prozesssimulationen und Methoden des maschinellen Lernens analysieren die Forschenden Möglichkeiten zur Verbesserung der Stoff- und Energiebilanzen.

Das dritte Teilprojekt widmet sich der Entwicklung und Optimierung chemischer Verfahren, mit denen störende Nebenstoffe entfernt werden können, um erstmals vollständig biobasiertes PBS herzustellen. Eine dafür notwendige Spezialchemikalie wurde bereits konzeptionell entwickelt und zum Patent angemeldet. Darüber hinaus wird untersucht, wie bei der Kunststoffproduktion anfallende Reststoffe energetisch genutzt werden können, etwa zur Erzeugung von Strom und Wärme für den Betrieb der Laboranlagen. Auf Basis digitaler 3D-Modelle sollen schließlich erste Demonstratoren entstehen, unter anderem Verpackungen und medizinische Produkte.

In der Nachwuchsgruppe arbeiten neben der Gruppenleiterin ein Postdoktorand sowie drei Doktoranden. Das Projekt ist in ein internationales Netzwerk eingebunden. Assoziierte universitäre Partner sind die Hanze University of Applied Sciences in Groningen, die University of Twente in Enschede sowie die Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. Ergänzt wird das Konsortium durch Praxis- und Forschungspartner aus Deutschland und den Niederlanden, darunter ein Garten- und Landschaftsbaubetrieb, ein Forschungsinstitut und ein Kunststoffanbieter.

Mit „EcoPBS“ erweitert die Universität Oldenburg ihre Aktivitäten im Bereich biobasierter Kunststoffe und nachhaltiger Werkstoffe. Das Vorhaben ist Teil der strategischen Förderung von Nachwuchsgruppen, mit der die Universität qualifizierte Wissenschaftler auf dem Weg zu eigenständigen Leitungsfunktionen unterstützt.

Weitere Informationen: uol.de

Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Oldenburg

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