Biopolymere aus Abwasser

Kunststoffe sind heute ein unverzichtbarer Teil unseres täglichen Lebens ... Aber: Die extreme Beständigkeit petro-chemischer Kunststoffe macht sie bei unsachgemäßer Entsorgung zu einem Umweltproblem, insbesondere in Form von Mikro-Plastik und Meeres-MüllZudem sind die meisten  Kunststoffe petro-chemischen Ursprungs und verbrauchen nicht-regenerative Rohstoffe und produzieren Treibhausgase.

Die alternative Nutzung biologisch abbaubarer biobasierter Kunststoffe könnte zur Minimierung der Probleme beitragen, ist aber in der Herstellung derzeit noch vergleichsweise teuer.

Ein möglicher Ersatz für petrochemische Kunststoffe ist die Nutzung von Abwässern aus der Produktion in Lebensmittel- und Getränkeindustrie. Deren Biomasse-Anteil eignet sich in besonderer Weise zur bioverfahrens-technischen Herstellung von Biopolymeren wie Polyhydroxyalkanoate.

Polyhydroxyalkanoate (PHA) sind natürlich vorkommende wasserunlösliche und lineare Biopolyester, die von vielen Bakterien als Reservestoffe für Kohlenstoff und Energie gebildet werden. Diese Biopolymere sind biologisch abbaubar und werden zur Herstellung von bio-basierten Kunststoffen verwendet.

(vereinfacht nach: Tamang, Pravesh; Bhalerao, Aniruddha; Rosenwinkel, Karl-Heinz; Nogueira, Regina: Ein integrierter Ansatz zur Biopolymerproduktion aus Abwasser, in: Wasser und Abfall, 6, 2020, S. 19-22)

Diese bio-basierten Kunststoffe haben thermoplastische Eigenschaften und können konventionelle Kunststoffe, die bisher petroleumbasierten Polyolefine, ersetzen.  Polyolefine gehören heute - mit über 47 % des Gesamtjahresverbrauchs an Kunststoff  in Europa - zu den beliebtesten Kunststoffen. Ihre Verwendungsbereiche sind vielfältig:
LDPE (=Weich-Polyethylen): Frischhaltefolie, Tragetaschen, landwirtschaftliche Folien,Milchkarton-Beschichtungen, Kabel-Beschichtungen, leistungsfähige Industrieverpackungen.
LLDPE (= lineares Polyethylen niederer Dichte): Folien für die Industrieverpackung, Dünnwand-Behälter und hochleistungsfähige  Beutel.
HDPE (=Hart-Polyethylen): Kisten und Behälter, Flaschen und Behälter (für Nahrungsmittel, Reinigungsmittel, Kosmetik), Spielzeug, Benzintanks, Industrieverpackungen und -folien, Rohre und Haushaltswaren.
PP (=Polypropylen, Kunststoff ohne Weichmacher): Lebensmittelverpackung, wie Becher für Joghurt- und Margarine, Verpackungen für Süßigkeiten- und Imbiss, Mikrowellen-Geschirr, Teppichfasern, Gartenmöbel, medizinische Verpackungen und Geräte, Koffer, Küchengeräte und Rohre.'

(vgl. Kunststoff-Deutschland: Polyolefine URL:https://www.kunststoff-deutschland.com/html/polyolefine.html)

Im Forschungsfeld Mikrobiologie  des Instituts für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik werden die Aktivitäten von Bakterien bzw. Mikroorganismen in den Blick genommen. Die Mikroskopie spielt dabei eine wichtige Rolle, wie im Workshop dieses Teilprojektes verdeutlicht wurde..

Downloads

2023-02-15_Recycling_Nogueira.pdf
PDF, 2 MB
Poster_Biopolym-Abwasser_Nogueira_20230215.pdf
PDF, 1 MB
Workshop_22-Lorey_Mikroorganismen-in-der-Mikroskopie.pdf
PDF, 5 MB
Workshop_221214_Biokunststoffe_Nogueira.pdf
PDF, 1 MB

ergänzende Klärwerksführung

Eine erste Klärwerksführung fand am 14. Dezember mit Teilnehmenden des Studienkollegs in der Kläranlage Herrenhausen statt.

Mikroorganismen im Belebtschlamm produzieren Polyester (Polyhydroxyalkanoate)

Polyhydroxyalkanoate (PHAs) "gehören zur Gruppe der Polyester, können von mehr als 300 Mikroorganismen hergestellt werden und wurden in vielen Bakterien im Belebtschlamm kommunaler Kläranlagen nachgewiesen – sind also abbaubar. Die Bakterien nutzen PHAs dabei überwiegend als Energie- und Kohlenstoffspeicher. (...)

PHA-produzierende Bakterien nutzen die intrazellulär gespeicherten Polymere während des Substratmangels als Kohlenstoff- und Energiequelle und erlangen so einen Selektionsvorteil. Die derart angereicherte Biomasse lässt sich nutzen, um PHAs zu produzieren. (...) Die Produktion läuft im Bypass zur Abwasserreinigung, ohne die Reinigungsleistung der Kläranlage zu beeinflussen.

Eine weitere "Führung durch das Klärwerk in  Herrenhausen" für Studierende im Gasthörenden- & Seniorenstudium an der Leibniz Universität fand am Dienstag, den 25. April statt. Ein "Planspiel zum Thema Klärschlamm-Verwertung" musste mangels ausreichender Anmeldezahlen leider abgesagt werden.

Allerdings steht diese Biopolymerproduktion teilweise in Konkurrenz zur Biogasproduktion, die ebenfalls von Primärschlamm ausgeht. Bis zu 39 Prozent des im Primärschlamm enthaltenen organisch gebundenen Kohlenstoffs wandeln sich in Fettsäuren für die PHA-Produktion um und fehlen damit bei der Biogaserzeugung durch anaerobe Fäulnis."

Pittmann, Timo: Biopolymere aus der Kläranlage.

In: Nachrichten aus der Chemie 64, Nov. 2016


Bild einer Kläranlage von Michal Jarmoluk auf Pixabay