Eine mikrobielle Kunststofffabrik für hochwertigen grünen Kunststoff

Künstliche Bakterien können einen Kunststoffmodifikator produzieren, der erneuerbaren Kunststoff besser verarbeitbar, bruchsicherer und selbst im Meerwasser hochgradig biologisch abbaubar macht. Die Entwicklung der Universität Kobe bietet eine Plattform für die regulierbare Produktion eines Materials im industriellen Maßstab, das großes Potenzial für eine grünere Kunststoffindustrie birgt.

Plastik ist ein Markenzeichen unserer Zivilisation. Es handelt sich um eine Familie hochformbarer (daher der Name), vielseitiger und langlebiger Materialien, von denen die meisten auch in der Natur persistent sind und daher eine erhebliche Schadstoffquelle darstellen. Darüber hinaus werden viele Kunststoffe aus Erdöl hergestellt, einer nicht erneuerbaren Ressource.

Ingenieure und Forscher auf der ganzen Welt suchen nach Alternativen, aber es wurde keine gefunden, die die gleichen Vorteile wie herkömmliche Kunststoffe aufweist und gleichzeitig deren Probleme vermeidet. Eine der vielversprechendsten Alternativen ist Polymilchsäure, die aus Pflanzen hergestellt werden kann, aber spröde ist und sich nicht gut abbaut.

Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, beschlossen Bioingenieure der Universität Kobe in Zusammenarbeit mit Taguchi Seiichi und dem Unternehmen Kaneka Corporation, das biologisch abbaubare Polymere herstellt, Polymilchsäure mit einem anderen Biokunststoff namens LAHB zu mischen, der eine Reihe wünschenswerter Eigenschaften aufweist.

Vor allem ist es biologisch abbaubar und lässt sich gut mit Polymilchsäure mischen. Um jedoch LAHB zu produzieren, mussten sie einen Bakterienstamm entwickeln, der auf natürliche Weise einen Vorläufer produziert, indem sie das Genom des Organismus systematisch manipulierten, indem sie neue Gene hinzufügten und störende Gene löschten.

Im Tagebuch ACS Nachhaltige Chemie und Technik, berichten die Forscher nun, dass sie in der Lage waren, eine bakterielle Kunststofffabrik zu schaffen, die LAHB-Ketten in großen Mengen produziert und dabei nur Glukose als Ausgangsmaterial verwendet. Darüber hinaus zeigen sie auch, dass sie durch die Veränderung des Genoms die Länge der LAHB-Kette und damit die Eigenschaften des resultierenden Kunststoffs steuern könnten. Sie konnten so bis zu zehnmal längere LAHB-Ketten als mit herkömmlichen Methoden herstellen, die sie „ultrahochmolekulares LAHB“ nennen.

Am wichtigsten ist, dass die Forscher durch die Zugabe von LAHB dieser beispiellosen Länge zu Polymilchsäure ein Material schaffen konnten, das alle von ihnen angestrebten Eigenschaften aufweist. Der resultierende hochtransparente Kunststoff ist deutlich besser formbar und stoßfester als reine Polymilchsäure und wird zudem im Meerwasser innerhalb einer Woche biologisch abgebaut.

Taguchi kommentiert diesen Erfolg mit den Worten: „Durch die Mischung von Polymilchsäure mit LAHB können die vielfältigen Probleme von Polymilchsäure auf einen Schlag überwunden werden, und das so modifizierte Material wird voraussichtlich zu einem ökologisch nachhaltigen Biokunststoff werden, der die widersprüchlichen Bedürfnisse der Umwelt befriedigt.“ Robustheit und biologische Abbaubarkeit.“

Die Forscher träumen jedoch größer. Der in dieser Arbeit verwendete Bakterienstamm kann prinzipiell CO2 als Rohstoff nutzen. Damit soll es möglich sein, nützliche Kunststoffe direkt aus dem Treibhausgas zu synthetisieren.

Taguchi erklärt: „Durch die Synergie mehrerer Projekte wollen wir eine Bioproduktionstechnologie realisieren, die mikrobielle Produktion und Materialentwicklung effektiv verknüpft.“