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Welche Rolle spielt die Biotechnologie im Kampf gegen Plastik?

Immer häufiger hört man von Bakterien oder Mehlwürmern, die in der Lage sind Kunststoffe zu „fressen“ – sind sie die Rettung im Kampf gegen die Plastikverschmutzung? Was die Biotechnologie bewirken kann und was nicht, haben unter anderem Wissenschaftler des Forschungsprojekts MIX-UP, an dem auch everwave beteiligt ist, nun in einer aktuellen Publikation dargelegt. Ihre Einschätzung macht Mut - zeigt aber auch: Verantwortung nehmen sie uns nicht ab.

Wenn von Mehlwürmern, diesen kleinen weiß-braunen Tierchen, oder schlicht Bakterien die Rede ist, verziehen viele schnell das Gesicht. Eklig, unappetitlich, heißt es schnell. Nur bei einer Gruppe Menschen scheinen die kleinen Organismen viel freudigere Reaktionen hervorzurufen: Biologen und Biotechnologen. Der Grund dafür sind die ganz besonderen Fähigkeiten von Bakterien und Enzymen, die sich die Wissenschaft in den vergangenen Jahren immer mehr zunutze gemacht hat. Enzyme könnten nämlich dabei helfen, wonach nicht nur Forscher schon lange suchen: einen Weg, Plastik abzubauen und in den biologischen Kreislauf zurückzuführen – und das auf ebenso natürliche Weise. Das funktioniert, zumindest im Labor. Aber wie weit ist die Wissenschaft auf diesem Gebiet wirklich vorangekommen?

Ein Team von Wissenschaftlern der Universität Greifswald, der RWTH Aachen, des Fraunhofer-Instituts UMSICHT und des University College Dublin hat nun versucht,in dem Kommentar „Possibilities and limitations of biotechnological plastic degradation and recycling“ genau diese Frage zu beantworten. Darin beleuchten sie den aktuellen Stand der Forschung auf diesem Gebiet und haben basierend auf den jüngsten Erfolgen einen Blick in die Zukunft gewagt.

Doch fangen wir ganz vorne an: In unserem Alltag gibt es verschiedene Arten von Kunststoffen, die jeweils unterschiedlich aufgebaut sind. In der Biotechnologie sind viele Fortschritte erzielt worden, beschränken sich aber größtenteils immer noch auf die Kunststoffart Polyester. „Während für den vielfältig genutzten Kunststoff Polyethylenterephthalat (PET) bereits hocheffiziente Enzyme entdeckt und verbessert wurden, die ein wirtschaftliches Recycling ermöglichen, gibt es für die meisten anderen Kunststoffe bislang kaum signifikante Fortschritte“, erklärt Professor Uwe Bornscheuer von der Universität Greifswald und Forscher im EU-Projekt MIX-UP in einer Pressemitteilung. Das liegt vor allem daran, dass chemische Bindungen die Bio-Recyclingfähigkeit von Kunststoffen bestimmen.

Immerhin: Bei bestimmten Kunststoffarten gibt es bereits hocheffiziente Enzyme. Warum also werden sie nicht industriell eingesetzt? Das ist eine Frage der Zeit. Noch ist das Verfahren schlicht nicht ausgereift genug, um es kommerziell einzusetzen. Das ist eigentlich auch nicht verwunderlich, da die Geschichte des biotechnologischen Recyclings erst vor wenigen Jahren begann:

Das erste „Plastik-Enzym“ zum Abbau von PET entdeckten Wissenschaftler erst 2005. Doch der Abbau war viel zu langsam, also fokussierten sich die Forscher vor allem auf die Optimierung. Elf Jahre später wurde Ideionella sakaiensis entdeckt. Die Wirkung war anfangs vielversprechend, die Hoffnung groß. Doch auch dieser Mikroorganismus stellte sich als zu langsam für den industriellen Einsatz heraus.

Denn das ist das Ziel: Sie sollen in der Industrie zum Einsatz kommen und bisherige Recyclingmethoden ergänzen.

Einen Meilenstein setzen Forscher schließlich in diesem Jahr. Der Wissenschaftler Tournier und sein Team haben Enzyme für eine effiziente Depolymerisation und Recycling von PET identifiziert und entwickelt. PET kann so innerhalb von zehn Stunden depolymerisiert werden – das ist für die Industrie schon sehr interessant und könnte die Recyclingschleife schließen. Auch hier ist die Hoffnung groß. Bis es im Alltag Anwendung findet, ist es aber noch ein weiter Weg. „Die Entwicklung steckt noch in den Kinderschuhen“, erklärt MIX-UP-Forscher Dr. Ren Wei, der am Institut für Biochemie eine Nachwuchsgruppe zu diesem Thema leitet.

Wie die Umsetzung des biotechnologischen Recyclings einmal aussehen könnte, zeigt die geplante biobasierte Kreislauf-Kunststoffwirtschaft der Autoren (siehe Grafik oben). „Die Kohlenstoffquelle wird von fossilen zu nachhaltigen Ressourcen wechseln. Um dies zu erreichen, brauchen wir auch mehr Fortschritte bei Biokatalysatoren für Kunststoffabbau und Upcycling“, stellen die Wissenschaftler fest. Denn: „Biotechnologisches Recycling ist eine große Chance. Es wird nicht alle unsere Probleme lösen, aber es ist sicherlich Teil einer umfassenden Lösung“, sagt MIX-UP-Professor Kevin O’Connor vom University College of Dublin in einem Interview mit everwave.

Aber warum brauchen wir überhaupt solche Technologien, wenn Mikroorganismen, die wir in der Umwelt gefunden haben und die in der Lage sind, Kunststoffe abzubauen, bereits existieren? Können wir es nicht einfach machen und diese Bakterien einfach ins Meer werfen und so unser Problem lösen? Dieses Szenario ist sehr, sehr unwahrscheinlich, konstatieren die Autoren. Es brauche kontrollierte Bedingungen wie ausreichend Substrat, eine bestimmte Temperatur, gezielte PH-Werte und andere Kulturbedingungen, damit der Abbau von nativen Kunststoffen durch Enzyme und Bakterien stattfinden kann. „Leider gibt es auch eine Reihe von Veröffentlichungen, die falsche Hoffnungen wecken. In einigen Berichten über plastikfressende Insekten fehlen beispielsweise wissenschaftlich fundierte Beweise“, erklärt Wei in einer Pressemitteilung.

Mit welchen Enzymen oder Bakterien auch immer es gelingt, den Durchbruch im biotechnologischen Recycling zu schaffen, folgendes bleibt unvermeidlich: Einwegkunststoff muss drastisch reduziert werden. Darüber hinaus sollten biologisch abbaubare Kunststoffe wie PHA und PLA baldmöglichst in verschiedenen Sektoren eingesetzt werden. RWTH-Professor und Leiter des MIX-UP Projekts Lars Blank betont in einer Pressemitteilung: „Wir müssen zwei Aspekte unterscheiden: Kunststoffe, die wir bewusst in die Natur freisetzen, wie Mulchfolien für die Landwirtschaft, müssen wir sehr schnell biologisch abbauen können – innerhalb von Wochen oder Monaten. Für langlebige Kunststoffe brauchen wir eine mittelfristige Lösung. Die Degradierung sollte innerhalb weniger Jahre sichergestellt werden – statt wie bisher hunderte von Jahre.“

Bei allen Überlegungen beziehen sich die Wissenschaftler auf das „6 R“-Prinzip, um eine bessere, nachhaltigere Kunststoffzukunft zu bauen:

  1. Rethink
  2. Refuse
  3. Reduce
  4. Reuse
  5. Recycle
  6. Replace

Mehr denn je liege es an uns zu entscheiden, wie die Zukunft aussehen wird. Wir können sicherstellen, dass nur biologisch abbaubare Kunststoffe dort verwendet werden, wo Kunststoffe absichtlich freigesetzt werden. Wir können Biomasse und CO2 für die Produktion nutzen und die fossilen Ressourcen schrittweise reduzieren. Wir können entscheiden, ob wir bereit sind, zusätzliche Steuern zu zahlen, um unserer Umwelt zu helfen. Und wir können sicherstellen, dass Kunststoffe in die geplante Kreislaufwirtschaft integriert werden und die Kunststoffkrise in den Griff bekommen.

Seid auch ihr ein Teil der Welle!

 

Dieser Blogbeitrag wurde ins Deutsche übersetzt und teilweise verändert. Der Originaltext findet sich auf dem MIX-UP-Blog, ebenfalls verfasst von everwave.

Quelle zur Grafik: Die Publikation wurde in dem Fachmagazin Nature veröffentlicht.