Ein Team der Binghamton University, State University of New York, leistet Pionierarbeit bei der Erforschung dieser Idee und veröffentlichte vor kurzem einen Artikel, der grundlegende Erkenntnisse für alle Unternehmen enthält, die an einer Ausweitung des Prozesses interessiert sind.
Tianzheng Liu, der in diesem Herbst seinen Doktortitel erhält, leitete das Projekt mit Unterstützung von Professor Sha Jin und SUNY Distinguished Professor und Lehrstuhlinhaber Kaiming Ye vom Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science's Department of Biomedical Engineering an der Binghamton University.
Herstellung von Biokunststoff könnte billiger werden
Jin interessierte sich erstmals 2022 für Lebensmittelabfälle, als sie ein Stipendium des Staates New York erhielt, um das Thema zu erforschen. „Wir können Lebensmittelabfälle als Ressource nutzen, um sie in so viele industrielle Produkte umzuwandeln, und biologisch abbaubares Polymer ist nur eines davon“, sagte sie. „Wir wollen nicht nur Lebensmittelabfälle verwerten, sondern auch die Herstellungskosten dieses umweltfreundlichen Polymers senken. Es gibt auch andere Möglichkeiten, wie die Erzeugung von Biokraftstoffen und Biochemikalien.“
Die derzeitige Herstellung von biologisch abbaubarem Kunststoff kann kostspielig sein, da sie auf raffinierte Zuckersubstrate und Reinkulturen von Mikroorganismen angewiesen ist. Im Rahmen dieser Forschung fütterte das Binghamton-Team Cupriavidus-necator-Bakterien mit Milchsäure, die aus Lebensmittelabfällen fermentiert wurde (die als notwendige Kohlenstoffquelle diente), und zusätzlichem Ammoniumsulfat (als Stickstoffquelle).
Die Bakterien synthetisieren Polyhydroxyalkanoat (PHA), einen Kunststoff, der Kohlenstoff und Energie speichert. Etwa 90 Prozent des PHA, das die Bakterien herstellen, kann geerntet und zu biologisch abbaubaren Verpackungen und anderen Produkten verarbeitet werden.
Bevor er an diesem Projekt teilnahm, konzentrierte sich Lius biomedizinische Erfahrung auf die Stammzellenforschung, so dass sich die Suche nach den richtigen Elementen im richtigen Verhältnis für den Erfolg als „voller Herausforderungen“ erwies. „Die Biokonversion von Lebensmittelabfällen in organische Säuren war eine relativ einfache Aufgabe. Die Kultivierung der kunststoffproduzierenden Bakterien war schwierig, weil ich anfangs keine Erfahrung mit der Bakterienfermentation zur Herstellung von Biopolymeren hatte“, sagte er. „Bei jedem Schritt hatte ich das Gefühl, dass etwas nicht so war, wie ich es erwartet hatte.“
Jin ist Sodexo und dem Binghamton University Dining Services dankbar für die Bereitstellung der für die Experimente verwendeten Lebensmittelabfälle.
„Ich habe mit dem Nachhaltigkeitsbeauftragten der Universität gesprochen und erfahren, dass die SUNY keine Lebensmittelabfälle auf der Mülldeponie zulässt – das ist die Vorschrift“, sagte sie. „Von jedem Campus wird erwartet, dass er das Problem löst. In Binghamton geben die Mensen verschwendete Lebensmittel an Landwirte ab, die damit ihr Vieh füttern. Ich dachte, dass wir vielleicht versuchen könnten, diese Lebensmittelabfälle direkt in biologisch abbaubare Kunststoffe umzuwandeln. Es gab nur wenige Informationen aus Forschungspublikationen über die Durchführbarkeit dieser Idee, also dachten wir, dass dies vielleicht die Lücke ist, an der wir arbeiten könnten.“
Auch Nebenprodukte können verwertet werden
Das Team aus Binghamton beantwortete einige Fragen, die für den Prozess der Umwandlung von Lebensmitteln in Kunststoffe entscheidend sind. So können die Lebensmittelabfälle mindestens eine Woche lang gelagert werden, ohne dass der Biokonversionsprozess beeinträchtigt wird, was eine flexible Sammlung im industriellen Maßstab ermöglicht. Das Team ermittelte auch, ob die Biokonversion von einer bestimmten Lebensmittelsorte abhängt und wie mit den verschiedenen Arten von Abfällen umzugehen ist, die in einer Sammelstelle anfallen würden.
„Wir haben festgestellt, dass der Prozess sehr robust ist, solange wir verschiedene Arten von Lebensmitteln im gleichen Verhältnis mischen“, sagte Jin. „Wir kontrollieren die Temperatur und den pH-Wert während der Gärung, und diese Bedingungen fördern das Wachstum der organischen säurebildenden Bakterien.“
Sie hat sogar Pläne für die festen Rückstände, die beim Gärungsprozess übrig bleiben. Er sieht aus wie eine Paste, und das Team entwickelt daraus einen organischen Dünger als bessere Alternative zur chemischen Standardmischung.
In einem nächsten Schritt möchte Jin das Verfahren ausbauen, um sicherzustellen, dass es auch bei einer wachsenden Kunststoffproduktion die erwartete Leistung erbringt. Das bedeutet, dass er sich um weitere Zuschüsse bemühen oder sich mit einem Industriepartner zusammenschließen muss.
Die gesamte Studie in englischer Sprache finden Sie hier!
Dieser Artikel wurde mit DeepL ins Deutsche übersetzt.
