Grazer Bakterien verwandeln CO2 in Plastik
Regina Kratzer und ihre Kolleg*innen haben einen Bioreaktor umgebaut, damit sie ihn mit Gasen befüllen können. Denn darin leben Bakterien, die sie brauchen. Nach einigen Tagen im Bioreaktor bestehen die Organismen zu 80 Prozent aus Kunststoff, das sich für viele Produkte eignet.
Die Forscher*innen an der TU Graz haben daraus schon Eislöffel hergestellt. Und Plastikameisen – um zu zeigen, dass besonders feine Strukturen kreiert werden können.
Die Forscher*innen machten aus dem Bioplastik schon mehrere Gegenstände. Sogar feingliedrige Ausführungen, wie Ameisen-Figuren, konnten daraus entstehen.
© Lunghammer/TU Graz
Der Biokunststoff könnte für viele andere Zwecke verwendet werden: Etwa für Mulchfolien, die Jungsalat oder Erdbeeren am Feld schützen. Die Folie aus dem Bioplastik würde sich wesentlich schneller abbauen als Plastik aus fossilen Rohstoffen. Auch in Biogas- oder Kompostanlagen würde das Bioplastik schnell abgebaut werden.
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Abbaubare Implantate
Für medizinische Implantate würde sich der Kunststoff ebenfalls eignen. „Man kann daraus etwa Netze nach einem Nabelbruch herstellen, die sich dann selbst auflösen“, erklärt Biotechnologin Kratzer von der TU Graz. Nach einer gewissen Zeit würde sich das Plastik in der Bauchdecke von selbst abbauen.
Die Bakterien namens „Cupravidus necator“ leben eigentlich im Erdboden. Damit sie das CO2 in Plastik verwandeln können, wurden sie biotechnologisch verändert. „Die Bakterien produzieren das Plastik, so wie unser Körper das Fett“, erklärt Kratzer. Anders als wir haben sie allerdings die erstaunliche Fähigkeit, dass sie 80 Prozent ihrer Biomasse in Plastik verstoffwechseln können. „Würde man das mit einem Menschen vergleichen, der das gleiche mit Fett macht, hätten wir am Ende Hunderte Kilo“, meint Kratzer.
Infos
Biotechnologen erforschen biologische Prozesse, etwa in Bakterien, um daraus neue Produkte herzustellen oder Lösungen für technische Probleme zu finden. Dazu zählen etwa Medikamente, Treibstoffe oder die Herstellung von Materialien wie Plastik.
Bakterien bei denen bestimmte Eigenschaften genetisch verändert wurden, kommen in vielen Bereichen zum Einsatz. Auch in Alltagsprodukten wie Medikamenten oder Lebensmitteln stecken solche Bestandteile, die von Bakterien hergestellt wurden. Ein Beispiel dafür ist das Verdickungsmittel Xanthan. Das mikrobielle Stoffwechselprodukt ist oft als Zusatzstoff in Lebensmitteln und Kosmetika enthalten.
72,8 Tonnen an CO2 wurden im Jahr 2022 in Österreich emittiert, sagt das Umweltbundesamt. Es gilt als eines der relevantesten Treibhausgase, die die Erderwärmung beschleunigen. Neben Bakterien können auch Pflanzen und Algen in Biomasse umwandeln.
Die TU Graz forscht schon seit Jahrzehnten zu Prozessen, die aus Bakterien Bioplastik machen. 1979 überlegte man erstmals das direkt zu verwenden. Auch in Japan gab es Versuche dazu. Die Grazer sind aber besonders weit.
Mischung aus Gasen
Im Bioreaktor liegen die Organismen für fünf Tage in einer Salzlösung und werden dort mit einer Gasmischung aus CO2, Wasserstoff und Sauerstoff versorgt. Sie wandeln das CO2 dann chemisch in Moleküle mit höherer Energie um – in diesem Fall in Plastik: „Den Bakterien geht irgendwann der Stickstoff aus. Dann sagen sie: Ah, ich habe noch eine Kohlenstoffquelle, die verwandle ich in Plastik und hebe sie mir für schlechte Zeiten auf“, erklärt Kratzer.
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Am Schluss wird das Wasser von der Brühe abgetrennt und die Reste getrocknet. Es bleiben zu 80 Prozent Bioplastik übrig. Danach wird es gereinigt, isoliert und eingeschmolzen. Das Endprodukt ist ein sogenannter Copolymer namens Polyhydroxyalkanoat (PHP).
Es ist kein neuer Kunststoff, man forscht an der TU Graz seit Jahrzehnten daran. Normalerweise wird das Bioplastik aus Zucker hergestellt, aber eigentlich ist dieser Grundstoff zu schade dafür. „Man kann auch Holz verwenden. Aber durch die Klimaänderung wird der Wald anfällig für Windfall und Borkenkäfer. Sollen in den nächsten 50 Jahren große Mengen Bioplastik daraus hergestellt werden, wird sich das vielleicht nicht ausgehen. CO2 wäre deshalb ein super Rohstoff“, meint Kratzer. Von seinen Eigenschaften her würde sich das Plastik als Ersatz für Polypropylen eignen – eine der am häufigsten verwendeten Plastikarten.
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Regina Kratzer forscht an der TU Graz zu Prozessen mit denen Bakterien verschiedene Stoffe herstellen - darunter auch Bioplastik.
© Lunghammer/TU Graz
Abgas gesucht
CO2 wiederum ist ein Treibhausgas, von dem man weniger in die Atmosphäre blasen will. Es gibt ohnehin zu viel davon. Im Plastik würde es gebunden und quasi unschädlich werden.
Grundsätzlich könnte man das Gas an der Quelle sammeln. Gespräche mit CO2-Emittenten scheiterten aber bisher. „Wenn man zu einer Firma sagt: ,Gib mir dein Abgas‘ sind sie zuerst begeistert. Dann kommen sie darauf, dass das nicht so einfach ist“, erklärt die Forscherin: „Denn wir brauchen eine bestimmte Mischung aus CO2, Wasserstoff und Sauerstoff.“ Als Gemisch sind die letzten zwei sehr explosiv, was den Prozess schwieriger und um bis zu 10-mal teurer macht als die Herstellung von herkömmlichen Plastik.
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Ressourcen sparen
Bioplastik ist in aller Munde, es gilt als nachhaltigere Alternative zu Plastik aus fossilen Brennstoffen. „Mit unserem Ansatz sind wir weit vorne dabei“, meint Kratzer. Sie möchte, dass Biotechnologie für die Gesellschaft relevant ist: „Prozesse verbessern und alternative Wege finden, um giftigen Abfall zu vermeiden“, sagt sie.
Ihre Herstellungsmethode könnte in Zukunft dabei helfen, Ressourcen zu sparen und weniger Müll zu produzieren, ist Kratzer überzeugt. Allerdings gibt es noch Hürden: Sie brauchen größere Produktionsanlagen und Partner aus der Industrie.