In die Nahrungsmittelproduktion werden außerordentliche Mengen an Energie, Wasser und Kapital investiert. Dennoch landen in den USA zwischen 30 und 40 % der produzierten Lebensmittel auf Mülldeponien.
Was wäre, wenn es eine Möglichkeit gäbe, es in etwas umzuwandeln, das wir täglich verwenden?
Forscher am College of Agriculture and Life Sciences der Virginia Tech tun genau das, indem sie aus Lebensmittelabfällen biologisch abbaubare Biokunststoffe entwickeln, um diesen Materialien ein neues – und nützliches – Leben zu geben.
„Indem wir kostengünstige Biokunststoffe schaffen, die auf natürliche Weise verrotten, können wir die Plastikverschmutzung an Land und in den Ozeanen reduzieren und bedeutende Probleme wie Treibhausgasemissionen und wirtschaftliche Verluste in Verbindung mit Lebensmittelabfällen angehen“, sagte der leitende Forscher Zhiwu „Drew“ Wang, außerordentlicher Professor in der Abteilung für biologische Systemtechnik und Direktor des Zentrums für angewandte Wasserforschung und Innovation.
Das Projekt widmet sich der Herausforderung der Plastikverschmutzung der Ozeane, die immer mehr zunimmt. Dem World Wildlife Fund zufolge sind fast 88 Prozent aller Meeresarten von Mikroplastik betroffen. Da die Bioplastiken von Virginia Tech im Meerwasser schnell biologisch abbaubar sind, haben sie das Potenzial, die Auswirkungen der Verschmutzung auf das Meeresleben weltweit zu verringern.
Im Rahmen dieses ersten Pilotprojekts dieser Art soll ein kostengünstiges modulares Bioprozesssystem zur Herstellung biologisch abbaubarer Biokunststoffe aus Lebensmittelabfällen entwickelt und demonstriert werden.
Die Forscher werden Mikroorganismen nutzen, um Lebensmittelabfälle in Fette umzuwandeln, die dann zu Bioplastik verarbeitet werden. Dieser Prozess, der der Fermentation in Mikrobrauereien ähnelt, stellt sicher, dass die produzierten Bioplastiken leicht kompostiert werden können, wodurch die durch Mikroplastik verursachte Meeresverschmutzung gemindert wird. Das Projekt zielt darauf ab, die Machbarkeit und Skalierbarkeit dieses Bioverarbeitungssystems auf nationaler und globaler Ebene zu demonstrieren.
„Durch die Entwicklung ökologisch nachhaltiger Kunststoffe hoffen wir, Menschen, Unternehmen, Abfallwirtschaftssystemen und Gemeinden weltweit Vorteile zu bringen“, sagte Wang, ein Forscher der Fakultät für Agrar- und Biowissenschaften sowie der Fakultät für Ingenieurwissenschaften.
In Zusammenarbeit mit anderen Experten der Virginia Tech sowie Bachelor- und Masterstudenten, darunter Haibo Huang aus der Abteilung für Lebensmittelwissenschaft und -technologie und Young Kim aus der Abteilung für nachhaltige Biomaterialien, konzentriert sich das Team auf die Reinigung von Polyhydroxyalkanoaten (PHA) und die Herstellung hochwertiger Biokunststoffprodukte.
„Es gibt viele Möglichkeiten, die Nachhaltigkeit in der Welt allgemein zu verbessern“, sagte Kim. „Derzeit gibt es zwei Hauptmethoden. Eine besteht darin, mehr Recycling- und wiederverwertbares Material zu verwenden. Die andere Möglichkeit besteht darin, biologisch abbaubares Material zu verwenden. Die Verwendung von Biokunststoff ist eine praktikable Option, um unsere zunehmende Plastikverschmutzung zu lösen. Unser Ansatz besteht darin, die Nachhaltigkeit durch biologisch abbaubare Optionen zu verbessern.“
Zu diesen biologisch abbaubaren Produkten zählen auch heimkompostierbare Verpackungen, die immer beliebter werden.
An diesem Projekt, das nun schon seit über einem Jahr läuft, sind studentische Forscher beteiligt, die hoffen, zu nachhaltigeren Verpackungen für unsere Welt beizutragen.
„Unser erster Schritt ist die Herstellung einer einschichtigen Folie, um zu sehen, ob sie als tatsächliches Produkt verwendet werden kann“, sagte Chen Shin, ein leitender Mitarbeiter im Bereich Verpackung und Systemdesign. „Wenn sie gute Sauerstoff- und Wasserdampfbarrieren und andere Eigenschaften aufweist, können wir mit dem nächsten Schritt fortfahren. Unser Ziel ist es, herkömmliche beschichtete Papierprodukte durch PHA zu ersetzen.“
„Aktuelle Papierprodukte sind oft mit Polyethylen oder Polymilchsäure beschichtet, die nicht vollständig abbaubar sind. PHA ist in der Natur vollständig biologisch abbaubar, sogar im Garten.“
Beschichtungen aus Polyethylen oder Polymilchsäure kommen häufig auf Kunststoffen zum Einmalgebrauch vor, beispielsweise auf Einweg-Kaffeebechern, Lebensmittelfolien oder sogar auf Eisbechern, die man an einem heißen Sommertag genießt.
Für Chloe Taylor, eine Studentin im letzten Jahr im Fach nachhaltige Biomaterialien, war die Teilnahme an dem Projekt ein Höhepunkt ihrer College-Karriere.
„Es hat mich dazu inspiriert, ein weiterführendes Studium zu absolvieren, weil herkömmliche Kunststoffe nicht nachhaltig sind“, sagte Taylor. „Unser Ziel ist es, Biokunststoffe zu entwickeln, die tragfähige Alternativen darstellen und in Alltagsprodukten verwendet werden können, ohne die Umwelt zu schädigen.“