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Schaufenster Bioökonomie: Bakterien sollen Waschmittel und mehr aus Holz produzieren
23.07.2020
Klassische Tenside basieren auf Erdöl oder Palmöl – mit negativen Folgen
Auch wenn es eine Vielzahl an natürlich vorkommenden Tensiden gibt, wird der Großteil von ihnen auf chemischem Weg hergestellt. Nur so kann der großindustrielle Bedarf mit seinen spezifischen Anforderungen an die Eigenschaften der Tenside gedeckt werden. Dabei dienen hauptsächlich Erdöl und Pflanzenöle als Quellen. Beides ist auf Dauer nicht tragfähig, denn die Erdölvorkommen sind begrenzt und die verwendeten Pflanzenöle stammen zumeist entweder aus den in Verruf geratenen Palmölplantagen oder ihre Herstellung steht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion, wie z. B. beim Rapsöl.Bakterien stellen Biotenside aus Pflanzenabfällen her
Gefragt sind deshalb alternative Lösungen, die z. B. Pflanzenabfälle nutzen. Einen Ansatz verfolgt Prof. Dr. Hausmann. Er entwickelt biotechnische Verfahren, bei denen mit Hilfe von Bakterien aus nachwachsenden Rohstoffen Tenside hergestellt werden. Gegenüber den chemisch hergestellten haben diese Biotenside zudem noch weitere große Vorteile: „Sie sind meist biologisch abbaubar, umweltfreundlich und einige von ihnen können sogar in Lebensmitteln eingesetzt werden. Zudem weisen sie eine hohe strukturelle Vielfalt auf, die sie für Spezialanwendungen interessant macht“, erläutert Prof. Dr. Hausmann. Speziell gilt sein Interesse den so genannten Rhamnolipiden, die von Pseudomonas-Bakterien aus einem besonderen Zucker, der Rhamnose, und verschiedenen Fettsäuren gebildet werden. Die Mikroorganismen brauchen diese Substanzen, um pflanzliche Öle aus der Umgebung in Lösung zu bringen und als Energiequelle in ihr Inneres aufnehmen zu können.Langfristiges Ziel: Die Produktionskosten soweit wie möglich senken
Bisher konnten sich die biotechnologisch hergestellte Rhamnolipiden auf dem Markt gegenüber den synthetischen Tensiden allerdings noch nicht durchsetzen. Ein Grund dafür ist die relativ geringe Produktausbeute, die ihre Herstellungskosten in die Höhe treibt. Aktuell werden sie deswegen nur in Nischenbereichen eingesetzt. „Wenn Biotenside als Alternative zu den herkömmlichen Tensiden etabliert werden sollen, müssen die Produktionskosten soweit wie möglich gesenkt werden“, erklärt Prof. Dr. Hausmann. Ein Schwerpunkt seiner Forschung liegt deswegen auf der Verbesserung des Produktions-Prozesses. „Dies kann nur durch eine gleichzeitige genetische und verfahrenstechnische Optimierung geschehen“, erläutert er. „Ziel ist es, in unseren Bioreaktoren einen möglichst hohen Bakterienbesatz zu erreichen, um daraus dann möglichst viel an der gewünschten Substanz zu gewinnen.“Innovative Verwertungsmöglichkeit für Laubholz
Ein weiterer Ansatz, den er jetzt im neu gegründeten Technikum Laubholz verfolgen möchte, ist die mikrobielle Verwertung von so genannten Laubholz-Hydrolysaten. Dabei wird das Holz beispielsweise über eine Behandlung mit Enzymen, Säuren oder anderen Verfahren in seine molekularen Bestandteile zersetzt, die dann von den Bakterien verwertet werden können.Was die Sache kompliziert macht: Dabei handelt es sich jedoch um ein Vielstoffgemisch aus verschiedenen Holzzuckern wie Xylose, Glucose, Arabinose und Mannose und den strukturgebenden Holzbestandteilen Zellulose, Hemizellulose und Lignin. „Hieraus ergeben sich besondere biologische, technologische und biotechnologische Herausforderungen“, so Prof. Dr. Hausmann.
Um einen effizienten Prozess im Bioreaktor gestalten zu können, müssten diese Schritte aufeinander abgestimmt sein. Was jetzt schon teilweise im Labormaßstab funktioniert, soll langfristig im Technikum Laubholz auch für die Umsetzung in industriellen Großanlagen etabliert werden.