Wädenswil

ZHAW-Forscher wollen Bioplastik aus Mikroalgen herstellen

Unsere Meere versinken regelrecht im Plastikmüll. Lösungen sind dringend gefragt. An der ZHAW forscht deshalb ein Team an der Produktion von Bioplastik aus Mikroalgen. Erste Erfolge wurden bereits erzielt.

Lukas Neutsch hat mit seinem Team Messinstrumente entwickelt, um die Kultivierungsprozesse von Mikroalgen nachvollziehen zu können.

Lukas Neutsch hat mit seinem Team Messinstrumente entwickelt, um die Kultivierungsprozesse von Mikroalgen nachvollziehen zu können. Bild: Moritz Hager

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Es ist eine der grössten Umweltkatastrophen unserer Zeit. Rund 150 Millionen Tonnen Plastik verseuchen die Weltmeere und gefährden die darin lebenden Lebewesen. Bis 2050 soll es in den Meeren gewichtsmässig gar mehr Plastik geben als Fische, sagen Forscher der University of Georgia in den USA. Obwohl es bereits vielversprechende Initiativen gibt, um Plastikabfälle zu vermindern und auf umweltschonendere Materialien umzusteigen, ist dies im grossen Stil derzeit noch schwer zu realisieren.

Die Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften in Wädenswil sucht derzeit neben anderen Bildungsinstitutionen nach einer Lösung, um das stetig wachsende Problem der Plastikabfälle einzudämmen. Unter der Leitung von Lukas Neutsch, Dozent am Institut für Chemie und Biotechnologie, und Roberta Copine, Post-Doc auf dem Fachgebiet Mikroalgen, forscht ein zehnköpfiges Team an der Produktion von «grünem» Bioplastik aus Cyanobakterien — einer Unterart der Mikroalgen. Das Ziel ist es, ein Verfahren zu entwickeln, um Plastik aus natürlichen Quellen zu gewinnen.

In Schüttelbechern werden die Mikroalgen mit Licht und Nahrung versorgt.

Extraktion als grösste Hürde

Zahlreiche Forschungsinstitutionen sind seit Jahren darum bemüht, eine umweltschonende Alternative zum herkömmlichen Plastik, der auf Erdöl als Rohmaterial basiert, zu entwickeln. Seit gut einem Jahr forscht auch die ZHAW an einem solchen Bioplastik. «Die Idee, aus Mikroalgen Bioplastik herzustellen, ist nicht neu», sagt Neutsch. Bereits seit längerem sei den Forschern bewusst, dass Mikroalgen unter Stress — wie etwa bei Nährstoffmangel oder wechselnden Umweltbedingungen — das Polymer Poly-Hydroxy-Butyrat bilden, das den Organismen als Energiespeicher dient und zu Plastikprodukten verarbeitet werden kann.

«Bisher ist es jedoch noch ziemlich teuer, Plastik aus Mikroalgen im grossen Rahmen zu produzieren», sagt Lukas Neutsch. Dies liege insbesondere daran, dass die Mikroalgen und Cyanobakterien das Polymer, das später zu Plastikprodukten verarbeitet wird, im Zellinneren anreichern. «Das erschwert die Extraktion der Polymere und ist einer der grössten Kostenpunkte in der Produktion des Bioplastiks», sagt Neutsch.

Um an den Plastik zu kommen, müssen die Zellen der Mikroalgen nämlich aufgebrochen werden. Da dies nur mit viel Energie oder dem Einsatz von Lösungsmitteln möglich ist — was umwelttechnisch fraglich ist — wollen die Forscher an der ZHAW den Kultivierungsprozess der Mikroalgen so lenken, dass die Zellen fragil werden oder nach der Anreicherung von selbst aufplatzen und so die Polymere freisetzen, aus denen dann Bioplastikprodukte hergestellt werden können.

Die Mikroalgen werden in Reagenzgläsern im Kühlschrank gelagert.

Breiter Anwendungsbereich

Erste Erfolge wurden in der laufenden Versuchsperiode an der ZHAW bereits erzielt. Genauuere Messverfahren zum Zustand der Algen im Bioreaktor wurden entwickelt. Mittels dieser kann nachverfolgt werden, welche Einflüsse die Veränderung der Temperatur oder die Belichtung auf die Algen haben. Zudem gelang es in Zusammenargeit mit Forschern der Umwelttechnologie, die Mikroalgen im grossen Stil in einer offenen Anlage zu kultivieren. «Die Hitze der letzten Tage spielte dabei möglicherweise eine begünstigende Rolle», sagt Neutsch.

«Der grosse Vorteil des Bioplastiks aus Mikroalgen ist dessen Kompostierbarkeit», sagt Neutsch. Innerhalb von sechs Monaten sollten somit mindestens 90 Prozent des Biokunststoffs abgebaut sein. Hinzu kommt, dass der Biokunststoff im Vergleich zu herkömmlichem Plastik CO2-neutral ist, da die Mikroalgen lediglich mit Sonnenlicht, CO2 und einigen Basis-Nährstoffen versorgt werden müssen.

«Der grosse Vorteil des Bioplastiks aus Mikroalgen ist dessen Kompostierbarkeit.»
Lukas Neutsch, Dozent am Institut für Chemie und  Biotechnologie der ZHAW

Rund 10 Prozent des globalen Plastikmarktes könnten laut Experten mit Bioplastik ersetzt werden. In Europa entspräche das rund einer Million Tonnen Plastik pro Jahr. «Der Anwendungsbereich des Biokunststoffs aus Mikroalgen ist sehr breit, da das Material grosse Ähnlichkeiten mit PET aufweist», sagt Neutsch. Neben Verpackungsmaterial kann der Biokunststoff auch für Kosmetikprodukte oder etwa für Kunststoffprothesen gebraucht werden.

«Um jedoch konkurrenzfähig zu werden, müsste die Produktion um den Faktor 5 bis 10 billiger werden», ist sich Neutsch bewusst. Die Preise seien jedoch abhängig von der Stückzahl. Sollte einst im grossen Stil Bioplastik aus Mikroalgen produziert werden, würden auch die Preise sinken.

Neuer Kurs in Aussicht

Der Bioplastik wird die Forscher der ZHAW noch einige Jahre begleiten. Das Ziel ist es, die gesamte Produktionskette zu verstehen und zu optimieren. Um das Projekt voranzubringen, ist die Hochschule auf die Mitarbeit von interessierten Studenten wie Sarah Meier angewiesen, die derzeit ihre Bachelorarbeit in diesem Bereich schreibt. «Mich interessierte besonders der ökologische Aspekt des Projekts», sagt die Studentin.

Ziel ihrer Bachelorarbeit war unter anderem, herauszufinden unter welchen Bedingungen die Mikroalgen am meisten Bioplastik produzieren. «Das war besonders schwierig, da die Mikroalgen im Studium nur wenig behandelt wurden», sagt Meier. Dies will die ZHAW nun ändern. Ab dem Herbstsemester soll ein neues Lehrbeispiel mit Fokus auf den Algen angeboten werden. «Das Ziel ist es, den Studierenden den gesamten Produktionsprozess näherzubringen», sagt Lukas Neutsch. Von der Kultivierung der Algen bis zu dem Punkt, an dem die Studierenden ein Plastikteilchen in den Händen halten können.» (Zürichsee-Zeitung)

Erstellt: 14.08.2018, 14:58 Uhr

Was ist Bioplastik?

Bio nicht gleich Bio

Biokunststoffe, auch Biopolymere genannt, bilden eine natürliche, umweltschonende Alternative zu Plastik aus Erdöl. Der Term Biokunststoff basiert einerseits auf der Verwendung nachwachsender Rohstoffe für den Plastik wie etwa Mais, Kartoffeln oder Zuckerrüben, andererseits auf der biologischen Abbaubarkeit des Materials. Im groben unterscheidet man zwischen vier Gruppen von Plastik. Neben den konventionellen, nicht abbaubaren Kunststoffen aus fossilen Rohstoffen gibt es drei Arten von Bioplastik. Zu diesen drei Arten gehören einerseits abbaubare und nicht abbaubaren Biokunststoffen aus nachwachsenden Rohstoffen, andererseits werden auch Kunststoffe aus fossilen Rohstoffen, die jedoch biologisch abbaubar sind, zu den Biokunststoffen gezählt.

Zu den umweltfreundlichsten Arten von Bioplastik gehört jene aus Mikroalgen. Dieser Plastik ist sowohl biobasiert als auch biologisch abbaubar. Zudem werden für die Produktion dieses Biokunststoffs weder Nahrungsmittel verschwendet, noch Böden überdüngt, wie es bei Bioplastik aus Mais oder Rüben der Fall sein kann.

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