Aus Sägespänen wird Dopamin für Medikamente
Die Herstellung moderner Medikamente und Kunststoffe ist stark von fossilen Rohstoffen abhängig. Zwar ermöglichen petrochemische Prozesse die kostengünstige Erzeugung vieler Produkte, doch sie gehen mit hohem Energieverbrauch, großen Abfallmengen und erheblichen Umweltbelastungen einher. Angesichts des Klimawandels und begrenzter Ressourcen wird daher zunehmend nach nachhaltigen Alternativen gesucht.
Eine Option stellt die Bioraffinerie dar. Hier werden aus Biomasse Zwischen- und Endprodukte gewonnen, wobei möglichst alle Bestandteile der Rohstoffe verwertet werden. Allerdings ist diese Technologie bislang noch teuer. Von der Rohstoffgewinnung über die Herstellung bis hin zur Verwertung braucht es daher einen neuen, ganzheitlichen Produktionskreislauf.
➤ Mehr lesen: Verkauf von Superholz gestartet: Es ist stärker als Stahl
Grüne Chemie
Hier setzt die Forscherin Katalin Barta Weissert vom Institut für Chemie an der Universität Graz an. Eine Schlüsselrolle spielt dabei die „Grüne Chemie“. Die zielt darauf ab, Materialien energieeffizient aus nachhaltigen Rohstoffen und ohne giftige Substanzen herzustellen. Die Produkte sollen sicher für Mensch und Umwelt sein, gut recycelbar und gleichzeitig deutlich günstiger werden.
Landesrat Willibald Ehrenhöfer (l.) überreichte den Forschungspreis 2025 des Landes Steiermark an Katalin Barta Weissert (2. v. re.)
© Foto Fischer
Ein vielversprechender Rohstoff in diesem Zusammenhang ist Lignin. Dabei handelt es sich um einen besonders widerstandsfähigen Bestandteil von Holz. „Es ist ein natürliches Biopolymer, das Pflanzen strukturelle Stabilität verleiht und einen wesentlichen Bestandteil der pflanzlichen Zellwand bildet“, erklärt Barta Weissert gegenüber der futurezone.
➤ Mehr lesen: Wie Satelliten aus Holz die Gefahr von Weltraumtrümmern reduzieren
Lignin ist die reichste natürliche Quelle für sogenannte Aromaten. Das sind stabile, ringförmige Kohlenstoffverbindungen und essenzielle Bausteine für zahlreiche Produkte wie Kunststoffe und Medikamente. Bislang werden Aromaten fast ausschließlich aus Erdöl gewonnen, was viele energieintensive Syntheseschritte und große Abfallmengen verursacht.
Dopamin aus Lignin
Barta Weissert und ihrem Team ist es im Rahmen des interdisziplinären Forschungsprojekts „WoodValue“ gelungen, verschiedene Moleküle aus Lignin herzustellen, etwa Dopamin. Und das, in nur wenigen Schritten. Der neue Ansatz nutzt die bereits vorhandene molekulare Komplexität von Lignin. Anstatt einfache Moleküle aufwendig neu zusammenzusetzen, werden aus Lignin direkt komplexere Bausteine gewonnen. Dadurch lassen sich Syntheseschritte reduzieren, Energie einsparen und Abfälle minimieren.
Fakten
Der Botenstoff Dopamin ermöglicht die Kommunikation zwischen Nervenzellen. Es spielt eine zentrale Rolle im Belohnungssystem und kann die Durchblutung bestimmter Organe erhöhen.
Ein Mangel tritt u. a. bei Parkinson auf und äußert sich etwa durch Zittern und verlangsamte Bewegungen. In diesem Fall wird Dopamin in Form von Medikamenten verabreicht.
Für die Pharmaindustrie sei die Herstellung von Dopamin aus dem natürlichen Biopolymer laut der Forscherin eine gute Erinnerung daran, dass die Natur uns funktionelle Bausteine liefert, aus denen medizinisch relevante Verbindungen einfacher hergestellt werden könnten. „Das Konzept, komplexe, biologisch aktive Moleküle im Grunde aus Sägespänen oder landwirtschaftlichen Reststoffen herzustellen, die lokal – auch in unseren Gärten – anfallen, ist definitiv interessant. Insbesondere mit Blick auf Import- und Wertschöpfungskettenprobleme“, sagt Barta Weissert.
„Ein Marathon“
Allerdings stehe noch eine Vielzahl an Tests und Validierungen bevor – vor allem für neuartige Moleküle, die großes Potenzial haben können. Diese Studien seien aber kostspielig. „Wir bräuchten deutlich mehr Partner, um unsere Kandidaten zu evaluieren. Einige vielversprechende Leitstrukturen haben wir bereits identifiziert, sie müssen jedoch weiter optimiert werden. Das ist ein Marathon, kein Sprint“, betont sie.
➤ Mehr lesen: Material aus Holz soll explodierende Akkus verhindern
Generell arbeitet das Forschungsteam rund um Barta Weissert aktuell daran, erneuerbare Rohstoffe effizienter zu nutzen. Insbesondere solche, die nicht mit der Nahrungsmittelversorgung konkurrieren und innerhalb der EU verfügbar sind. Neben Sägespänen und landwirtschaftlichen Reststoffen ist das etwa auch Altspeiseöl. „Ziel ist es, aromatische Plattformmoleküle aus Biomasse zu gewinnen und daraus neue Produkte aufzubauen, um erdölbasierte Ausgangsstoffe schrittweise zu ersetzen“, sagt die Wissenschafterin.
Großes Potenzial
Kurz- bis mittelfristig bestehe großes Potenzial für biobasierte Chemikalien und Materialien, insbesondere in den Bereichen Pharma, Polymere und Tenside. Langfristig könnten innovative, recyclingfähige, biologisch abbaubare oder leistungsstärkere Produkte laut Barta Weissert fossile Rohstoffe über den gesamten Lebenszyklus ersetzen.
Voraussetzung sei allerdings, dass technologische Reife, stabile Biomasselieferketten, passende regulatorische Anreize und die Einbindung in bestehende Produktionsstrukturen gegeben sind. Pharmazeutische Bausteine eignen sich laut der Chemikerin dabei besonders als Einstieg, da ihr hoher Wert die Wirtschaftlichkeit neuer Bioraffineriekonzepte verbessert und weitere Anwendungen ermöglicht.