Integration der Nutzung von Abfallressourcen in die globale PHA C2G-Plattform (Cradle-to-Grave)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Sebastian Riedel
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik ; Biomaterialien ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 551314136

Das übergeordnete Ziel des Forschungsprojekts ist die Bewältigung der dringenden globalen Herausforderung der Kunststoffverschmutzung durch die Entwicklung innovativer Lösungen für die nachhaltige Herstellung und Nutzung von biologisch abbaubaren Kunststoffen, insbesondere von Polyhydroxyalkanoaten (PHA). Das Projekt zielt darauf ab, PHA-Syntheseverfahren unter Verwendung verschiedener aus Abfällen gewonnener Mikroben zu optimieren, neuartige Mischungen und Verbundmaterialien für verbesserte Eigenschaften und erweiterte Anwendungen zu erforschen und die biologische Abbaubarkeit und Umwelttoxizität von PHA-Verbundmaterialien zu bewerten. Es soll eine optimierte Plattform für den Ressourcenkreislauf geschaffen werden, die einen wirtschaftlichen, funktionalen und ökologischen Beitrag zu den weltweiten Bemühungen um die Eindämmung der Kunststoffverschmutzung leistet. Die Forschung wird mehrere Schlüsselkomponenten umfassen, die darauf abzielen, die Synthese, Charakterisierung und Anwendung von PHA und PHA-basierten Verbundwerkstoffen voranzutreiben. Zunächst liegt der Schwerpunkt auf der Optimierung des PHA-Syntheseprozesses unter Verwendung verschiedener aus Abfällen gewonnener Mikroben, einschließlich methanotropher und heterotropher Mikroben, um die Produktionseffizienz zu steigern und die Zusammensetzung der PHA-Einheiten anzupassen. Verschiedene Abfallressourcen wie Altspeiseöl, landwirtschaftliche Abfälle, Klärschlamm und Biogas werden erforscht und optimale Bedingungen für die PHA-Produktion festgelegt. Es werden Techniken zur Synthese von PHA mit unterschiedlichen Monomerzusammensetzungen entwickelt, wobei die Zusammenarbeit zwischen den Forschungsteams von KAIST und BHT genutzt wird. Anschließend wird sich die Forschung auf die Herstellung und Nutzung von PHA/Naturpolymer-Mischungen und Verbundwerkstoffen erweitern, um die Materialeigenschaften zu verbessern und die Anwendungen in der Verpackungs- und Bauindustrie zu erweitern. Verschiedene Verarbeitungsmethoden, einschließlich des Lösungsmittelgießens, der Schmelzextrusion und des Heißpressens, werden zur Herstellung von Materialien auf PHA-Basis mit erwünschten mechanischen Eigenschaften, Barriereeigenschaften und biologischer Abbaubarkeit eingesetzt. Schließlich werden umfassende Bewertungen der biologischen Abbaubarkeit, der Umwelttoxizität und der Biokompatibilität von PHA-Verbundwerkstoffen durchgeführt, um ihre Nachhaltigkeit und Eignung für verschiedene Anwendungen zu gewährleisten, wobei fortschrittliche Analysetechniken und In-vitro-Experimente mit Modellorganismen eingesetzt werden. Durch die Optimierung von PHA-Syntheseprozessen unter Verwendung verschiedener aus Abfällen gewonnener Mikroben und die Entwicklung neuartiger Techniken zur Anpassung der Zusammensetzung von PHA-Monomeren will das Projekt die Grenzen der nachhaltigen Kunststoffproduktion verschieben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Südkorea
• Großgeräte: Gaschromatograph (GC-FID)
• Gerätegruppe: 1340 Gaschromatographen (außer GC-MS-Kopplung)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jaewook Myung
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Peter Neubauer