Technological watch
Einer Kreislaufwirtschaft für Kunststoffe den Weg ebnen
Die Umweltverschmutzung durch Kunststoffe ist aus gutem Grund zu einem so brennenden Thema geworden. Mehr als 98% der Kunststoffe werden derzeit aus nicht erneuerbaren Quellen hergestellt, und selbst biobasierte Kunststoffe sind nicht immer recycelbar oder biologisch abbaubar. Daraus sind Probleme bei der Abfallbewirtschaftung und schwerwiegende Auswirkungen auf die Umwelt entstanden, insbesondere aufgrund der Verwendung von zwei Übeltätern, die häufig in Kunststoffverpackungen eingesetzt werden: Polyethylen (PE) und Polyethylenterephthalat (PET).
Seit dessen Start im Jahr 2020 wird über das EU-finanzierte Projekt upPE-T versucht, diese Herausforderung zu bewältigen, indem PE- und PET-Verpackungsabfälle in einen Biokunststoff umgewandelt werden, der für biologisch abbaubare Verpackungen verwendet werden kann. Wie in einem kürzlich auf der Website „Innovation News Network“ veröffentlichten Artikel berichtet wird, hat das Team von upPE-T eine Wertschöpfungskette für das Upcycling von Kunststoffverpackungsabfällen geschaffen.
Diese Wertschöpfungskette entspricht den Kriterien der Kreislaufwirtschaft. Es handelt sich um „biotechnologische Prozesse, die in einem geschlossenen Kreislauf verbunden sind, vom Abfall zum hochwertigen Produkt, ohne Abfall und unter Verwendung von Sekundärrohstoffen“. Der Upcycling-Prozess von upPE-T beinhaltet zwei Schritte, der Vorbehandlung von Polymerabfällen und der Enzymtechnik. Einige Projektpartner haben Vorbehandlungsverfahren entwickelt, die darauf abzielen, PE- und PET-Abfälle anfälliger für den Angriff durch Enzyme zu gestalten. Andere Partner haben nach neuen Enzymen gesucht, die bessere Katalysatoren und thermisch stabiler sind, um die Leistung der derzeit verwendeten Enzyme zu optimieren.
Optimieren und hochskalieren„Die verschiedenen neuen Enzymvarianten wurden kopiert, hergestellt, gereinigt und anschließend im Labormaßstab erprobt, um ihre Abbauaktivität zu bewerten“, heißt es in dem Artikel. „Es hat sich gezeigt, dass Synergie- und Kaskadenabbau mit mehreren Enzymen die beste Strategie sind, um die Effizienzziele für die Polymerabbauprozesse zu erreichen.“
Ein deutscher Partner arbeitet derzeit daran, das enzymatische Upcycling-Verfahren einem industriellen Maßstab näher zu bringen. Ein wichtiger Teil dieser Hochskalierung ist die Rückgewinnung von Nebenprodukten, wobei das Endziel eine Wasserrückführung und Enzymrückgewinnung von 100% ist. So werden Kosten gesenkt und die Umweltbelastung insgesamt verringert. Die Produkte aus dem enzymatischen Abbau von PE und PET werden in Sekundärrohstoffe umgewandelt, die für die Herstellung und umweltfreundliche Extraktion von Poly(3-hydroxybutyrat-co-3-hydroxyvalerat), einem Polymer, das allgemein als PHBV bekannt ist, verwendet werden.
„Wir sind gerade dabei, den Fermentationsprozess zur Herstellung des PHBV-Pulvers zu optimieren“, heißt es in dem Artikel. Spanische Projektteams entwickeln eine Zellfabrik zur Herstellung von PHBV aus Industrieabfällen und Sekundärrohstoffen unter Verwendung halophiler Mikroorganismen mit der Bezeichnung Haloferax mediterranei.
„Zwei verschiedene Arten von Abfällen wurden als Kohlenstoff- und Stickstoffquelle für die Herstellung von PHBV durch Haloferax mediterranei getestet: die Biomasse, die bei der Biokonversion von TPA (Abbauprodukt von PET-Abfällen) gewonnen wird, und zuckerhaltige Abfälle aus der Süßwarenindustrie.“
Die Partner konzentrieren sich außerdem auf die Entwicklung biologisch abbaubarer Formulierungen mit dem in der upPE-T-Zellfabrik hergestellten PHBV. Die Vorteile des Materials gegenüber anderen biologisch abbaubaren Polymeren liegen darin, dass es nicht synthetisch ist und auch im Boden, Süßwasser und Meerwasser biologisch abbaubar ist. Weitere Aufgaben umfassen die Untersuchung, wie sich die Zugabe von PHBV zu anderen biologisch abbaubaren Kunststoffen auf deren mechanische Eigenschaften und biologischen Abbau auswirkt, sowie die Verbesserung der Barriereeigenschaften von biologisch abbaubaren Kunststoffen durch den Einsatz von Nanotechnologie.
Mehrere Partner befassen sich zudem mit der Bewertung der Umweltauswirkungen der im Rahmen von upPE-T (Upcycling of PE and PET wastes to generate biodegradable bioplastics for food and drink packaging) erschlossenen Verfahren. Das Projekt endet im Oktober 2024.
Seit dessen Start im Jahr 2020 wird über das EU-finanzierte Projekt upPE-T versucht, diese Herausforderung zu bewältigen, indem PE- und PET-Verpackungsabfälle in einen Biokunststoff umgewandelt werden, der für biologisch abbaubare Verpackungen verwendet werden kann. Wie in einem kürzlich auf der Website „Innovation News Network“ veröffentlichten Artikel berichtet wird, hat das Team von upPE-T eine Wertschöpfungskette für das Upcycling von Kunststoffverpackungsabfällen geschaffen.
Diese Wertschöpfungskette entspricht den Kriterien der Kreislaufwirtschaft. Es handelt sich um „biotechnologische Prozesse, die in einem geschlossenen Kreislauf verbunden sind, vom Abfall zum hochwertigen Produkt, ohne Abfall und unter Verwendung von Sekundärrohstoffen“. Der Upcycling-Prozess von upPE-T beinhaltet zwei Schritte, der Vorbehandlung von Polymerabfällen und der Enzymtechnik. Einige Projektpartner haben Vorbehandlungsverfahren entwickelt, die darauf abzielen, PE- und PET-Abfälle anfälliger für den Angriff durch Enzyme zu gestalten. Andere Partner haben nach neuen Enzymen gesucht, die bessere Katalysatoren und thermisch stabiler sind, um die Leistung der derzeit verwendeten Enzyme zu optimieren.
Optimieren und hochskalieren„Die verschiedenen neuen Enzymvarianten wurden kopiert, hergestellt, gereinigt und anschließend im Labormaßstab erprobt, um ihre Abbauaktivität zu bewerten“, heißt es in dem Artikel. „Es hat sich gezeigt, dass Synergie- und Kaskadenabbau mit mehreren Enzymen die beste Strategie sind, um die Effizienzziele für die Polymerabbauprozesse zu erreichen.“
Ein deutscher Partner arbeitet derzeit daran, das enzymatische Upcycling-Verfahren einem industriellen Maßstab näher zu bringen. Ein wichtiger Teil dieser Hochskalierung ist die Rückgewinnung von Nebenprodukten, wobei das Endziel eine Wasserrückführung und Enzymrückgewinnung von 100% ist. So werden Kosten gesenkt und die Umweltbelastung insgesamt verringert. Die Produkte aus dem enzymatischen Abbau von PE und PET werden in Sekundärrohstoffe umgewandelt, die für die Herstellung und umweltfreundliche Extraktion von Poly(3-hydroxybutyrat-co-3-hydroxyvalerat), einem Polymer, das allgemein als PHBV bekannt ist, verwendet werden.
„Wir sind gerade dabei, den Fermentationsprozess zur Herstellung des PHBV-Pulvers zu optimieren“, heißt es in dem Artikel. Spanische Projektteams entwickeln eine Zellfabrik zur Herstellung von PHBV aus Industrieabfällen und Sekundärrohstoffen unter Verwendung halophiler Mikroorganismen mit der Bezeichnung Haloferax mediterranei.
„Zwei verschiedene Arten von Abfällen wurden als Kohlenstoff- und Stickstoffquelle für die Herstellung von PHBV durch Haloferax mediterranei getestet: die Biomasse, die bei der Biokonversion von TPA (Abbauprodukt von PET-Abfällen) gewonnen wird, und zuckerhaltige Abfälle aus der Süßwarenindustrie.“
Die Partner konzentrieren sich außerdem auf die Entwicklung biologisch abbaubarer Formulierungen mit dem in der upPE-T-Zellfabrik hergestellten PHBV. Die Vorteile des Materials gegenüber anderen biologisch abbaubaren Polymeren liegen darin, dass es nicht synthetisch ist und auch im Boden, Süßwasser und Meerwasser biologisch abbaubar ist. Weitere Aufgaben umfassen die Untersuchung, wie sich die Zugabe von PHBV zu anderen biologisch abbaubaren Kunststoffen auf deren mechanische Eigenschaften und biologischen Abbau auswirkt, sowie die Verbesserung der Barriereeigenschaften von biologisch abbaubaren Kunststoffen durch den Einsatz von Nanotechnologie.
Mehrere Partner befassen sich zudem mit der Bewertung der Umweltauswirkungen der im Rahmen von upPE-T (Upcycling of PE and PET wastes to generate biodegradable bioplastics for food and drink packaging) erschlossenen Verfahren. Das Projekt endet im Oktober 2024.
This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No 870292.
