Aus Abwasser lassen sich Materialien der Zukunft gewinnen

Eine Forschergruppe ist auf dem Weg, die Nutzung von Biomasse aus Kläranlagen zu revolutionieren. Biopolymere aus Bakterien können eine nachhaltige Alternative zu erdölbasierten Produkten sein, und auch Phosphor und andere Mineralien können aus dem Abwasser gewonnen werden. In einem neuen wissenschaftlichen Artikel heißt es, dass die Forschung inzwischen so weit fortgeschritten sei, dass sie für die industrielle Produktion und den Einsatz in der Praxis bereit sei. Die Studie ist veröffentlicht im Tagebuch Aktuelle Meinung in der Biotechnologie.

„Die Perspektive ist enorm, denn man nimmt etwas, das derzeit noch Abfall ist, und stellt daraus hochwertige Produkte her.“

Das sagt Professor Per Halkjær Nielsen vom Fachbereich Chemie und Biowissenschaften der Universität Aalborg in Dänemark über die Ergebnisse eines Forschungsprojekts, das überschüssige Biomasse in Kläranlagen auf neue Weise nutzt. Im Mittelpunkt stehen Biopolymere, das sind lange Ketten miteinander verbundener Moleküle, die von lebenden Organismen, darunter auch Bakterien, produziert werden.

Heutzutage werden synthetische Polymere, die in der petrochemischen Industrie aus Rohöl hergestellt werden, in vielen Bereichen eingesetzt, darunter in Kunststoffen, Textilfasern, Klebstoffen und Farben. Aber mit der künftigen Produktion von Biopolymeren in Kläranlagen wird es möglich sein, aus einem Abfallprodukt eine nachhaltige Alternative zu erdölbasierten Polymeren zu gewinnen.

„Kurz gesagt geht es bei der Arbeit an Biopolymeren darum, in Kläranlagen viel Biomasse zu produzieren, also Bakterien, die alles fressen, was in die Kläranlage gelangt, sodass nur das reine Wasser übrig bleibt“, erklärt Professor Nielsen.

„Jeden Tag fallen, je nachdem wie groß die Kläranlage ist, viele Tonnen Biomasse an, die typischerweise in einem Biogasreaktor so umgewandelt wird, dass man daraus Energie gewinnt. Ein großer Teil der Bakterien besteht aus Biopolymeren, d. h das sie umgebende Klebematerial und Biopolymere sind in der Industrie als nachhaltige Alternative zu erdölbasierten Polymeren gefragt.“

Biopolymere können als Bindemittel in Papier und in Baumaterialien verwendet werden, und sie können als Material zur Flockung eingesetzt werden, bei der kleine Partikel zusammenklumpen und sich absetzen, im Rahmen der Wasserreinigung von Hafenschlamm, Seen und Kläranlagen. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass Biopolymere aus Kläranlagen offenbar feuerhemmend sind. Daher gibt es einen potenziell großen Markt für Biopolymere, wenn diese auf nachhaltige Weise kommerziell hergestellt werden können, und das Potenzial dafür besteht laut dem Forschungsprojekt REThiNk.

In einer Kläranlage gibt es mehrere hundert verschiedene Bakterienarten, die viele Arten von Biopolymeren mit unterschiedlichen Eigenschaften produzieren. Diese Bakterien nutzen die Biopolymere als Klebstoff, um Kolonien zu bilden und sich an Oberflächen anzuheften, sodass sie nicht einfach aus der Kläranlage gespült werden.

Diese Biopolymere können durch Änderung des pH-Werts und der Temperatur des Wassers extrahiert werden, um Zellulose und gelatineartige Biopolymere herzustellen, die für eine Vielzahl industrieller Produkte verwendet werden können. Man geht davon aus, dass es möglich sein wird, Fabriken zu errichten, die Biopolymere aus dänischen Kläranlagen herstellen, und das Potenzial ist groß, da allein in Dänemark jährlich Hunderttausende Tonnen Bakterien produziert werden.

Als zusätzlicher Vorteil können Mineralien und andere wertvolle Bestandteile aus dem in den Kläranlagen ankommenden Abwasser gewonnen werden, beispielsweise Phosphor, der auf der EU-Liste der kritischen Rohstoffe steht, die in Zukunft möglicherweise schwer zu beschaffen sind.

Ziel des REThiNk-Projekts ist es, kurzfristig die Grundlage für eine industrielle Skalierung zu schaffen, damit es langfristig zu einer echten Revolution beim Recycling von Biomasse aus Kläranlagen auf der ganzen Welt und nicht nur in Dänemark kommt. Außerdem ist eine Kartierung der Bakterien in Abwasseraufbereitungsanlagen auf der ganzen Welt erforderlich, damit vorhergesagt werden kann, welche Rolle jeder von ihnen bei der Biopolymerproduktion, der Phosphorextraktion usw. spielen kann.

„Es besteht ein großes Potenzial, wenn Unternehmen erkennen, dass das Produkt für etwas verwendet werden kann, und daher in die Erprobung und Entwicklung investieren möchten. Und das erfordert, dass wir Anlagen im Pilotmaßstab bauen, damit wir nicht nur Gramm, sondern Kilogramm und mehr produzieren können.“ in ein paar Jahren viele Tonnen.

„Wir können 20–30 Prozent der Biomasse nehmen und sie in Biopolymere umwandeln, die Erdölprodukte ersetzen können, aber sie ersetzen tatsächlich auch Algen. Heutzutage werden viele Biopolymere aus Algen aus großen Kelpwäldern hergestellt, die gefährdet sind. Wenn wir also etwas finden können „Wenn wir andere Möglichkeiten zur Gewinnung von Biopolymeren nutzen, ist das ein klarer Vorteil für die Umwelt und die Artenvielfalt“, betont Per Halkjær Nielsen.

Im REThiNk-Projekt arbeitet die Universität Aalborg mit der Universität Delft in den Niederlanden und der Universität Aarhus zusammen.