Umweltschonende Produktion und Extraktion von PHB-Biokunststoff

Förderung: Tiroler Innovationsförderung

Förderzeitraum: 10/2021 - 12/2023

Projektpartner:

• Universität Innsbruck, Institut für Infrastruktur, AB Umwelttechnik: Untersuchungen zur PHB-Produktion im Labormaßstab
• BioTreat GmbH: Versuche im Pilotmaßstab
• ALPEX Technologies GmbH: Testung Werkstoffe Injektion
• troi.composite components: Testung Werkstoffe im 3D Druck

Projektbeschreibung:

Die Produktion von Kunststoffen erfolgt gegenwärtig weitgehend petrochemisch, obgleich der Bedarf an biologisch herstellbaren als auch abbaubaren Polymeren wächst. Aktuell beträgt der Anteil an Biokunststoffen bei ca. 1 % der produzierten Gesamtkunststoffmenge weltweit [1]. Insbesondere Kunststoffe aus Polyhydroxyalkanoaten (PHAs), die gegenüber anderen Arten von „Bioplastik“ wie Polylactide (PLA) zur Gänze über biologische Prozesse produzierbar und kompostierbar sind, stellen Möglichkeiten für neuartige kunststoffbasierte Materialien in Aussicht. Polyhydroxyalkanoate werden von einer Vielzahl von natürlich vorkommenden Bakterien produziert. PHB (Polyhydroxybutyrat) ist der der am häufigsten produzierte Vertreter der Polyhydroxyalkanoate. PHB hat vergleichbare technische Eigenschaften wie Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) und kann in gängigen Herstellungsverfahren wie Extrusion und Spritzguss verarbeitet werden. Im vorliegenden Projekt werden vor allem zwei Bereiche adressiert:

1.: Nährstoffversorgung für die Bakterien: Eine wesentliche Herausforderung für die ökologische Sinnhaftigkeit und Wirtschaftlichkeit besteht in der Nutzung von Abwässern oder Reststoffen für Nährstoffversorgung der PHB produzierenden Mikroorganismen. Aktuell werden in Tirol von verschiedenen Lebensmittelbetrieben Überlegungen getroffen, wie die anfallenden Abwässer im Sinne der Kreislaufwirtschaft möglichst hochwertig genutzt werden könnten. Konkret wurden bereits erfolgreiche Vorversuche zur Aufkonzentrierung solcher Abwässer für eine weitergehende Nutzung durchgeführt. Die Verwendung dieser Konzentrate zur PHB Produktion wäre ein sehr erfolgversprechender Ansatz.

2.: Abtrennung von PHB: Neben der Nutzung von Abwässern als Substrat für die PHB Produktion steht die Zellfraktionierung von MO und Extraktion von PHBs unter Minimierung chemischer bzw. umweltbelastender Aufreinigungsmethoden im Mittelpunkt. Der Zellaufschluss soll im vorliegenden Projekt weitgehend durch eine thermische und mechanische Fraktionierung erfolgen, um eine Weiterverarbeitung des resultierende Werkstoffs (PHBs mit geringen Resten an Zellmaterial) zu ermöglichen. Dieser Ansatz findet sich in der aktuellen Fachliteratur nicht.

Durch die zu entwickelnde Methode soll der Biokunststoff einfacher, billiger und umweltschonender produziert werden. Die Beeinflussung der Materialeigenschaften durch verbleibende Zellreste soll untersucht werden, wobei erste Versuche eine verbesserte und raschere biologische Abbaubarkeit in Aussicht stellen.

Die Motivation zum vorliegenden Projekt entstand in der Beschäftigung mit den in Tirol anfallenden Industrieabwässern aus der Lebensmittelindustrie. Diese Abwässer enthalten verschiedene, hochwertige Kohlenstoffverbindungen, welche aktuell in Kläranlagen unter hohem Energieaufwand abgebaut werden. Diese Inhaltsstoffe sollen einer möglichst hochwertigen Verwertung zugeführt werden.

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