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PLA-Kunststoffe Züricher Forscher stellen PLA aus Glyzerin her

Autor / Redakteur: Dr. Angelika Jacobs / M.A. Manja Wühr

Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich haben ein Verfahren entwickelt, um Milchsäure aus Glyzerin, einem Abfallprodukt der Biotreibstoff-Produktion, herzustellen.

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Bei der Biodiesel-Produktion (helle Phase) entsteht Glyzerin (dunkle Phase) als Nebenprodukt.
Bei der Biodiesel-Produktion (helle Phase) entsteht Glyzerin (dunkle Phase) als Nebenprodukt.
(Bild: Bo Cheng / ETH Zürich)

Zürich/Schweiz – Die meisten Kunststoffe sind nicht abbaubar, sondern zerfallen lediglich in immer kleinere Bruchstücke. Zudem werden Kunststoffe zumeist auf Basis von Erdöl, einem schwindenden Rohstoff, gewonnen. Als vielversprechende Alternative wird PLA-Kunststoffe gehandelt. Dieses auf Milchsäure basierende Polymer ist biologisch abbaubar und beruht auf einem erneuerbaren Rohstoff.

Die Forschungsgruppen der ETH-Professoren Konrad Hungerbühler und Javier Pérez-Ramírez vom Institut für Chemie- und Bioingenieurwissenschaften der (ETH) Zürich haben ein neues Verfahren entwickelt, um Milchsäure (PLA) herzustellen. Der Clou dabei ist, dass der neue Prozess von einem Abfallprodukt ausgeht: Glyzerin. Zudem ist die Methode nach eigenen Angaben produktiver, kosteneffizienter und klimafreundlicher als die Fermentation, durch die Milchsäure üblicherweise gewonnen wird.

Verbesserter Katalysator schlägt Fermentation

Der Prozess beruht auf zwei Schritten: Beim ersten wandeln Enzyme das Glyzerin in das Zwischenprodukt Dihydroxyaceton um. Anschließend treibt ein heterogener Katalysator die weitere Reaktion zur Produktion von Milchsäure voran. Der Katalyse-Engineering-Gruppe von ETH-Professor Pérez-Ramírez konnte den Katalysator so optimieren, dass er hohe Reaktivität und eine lange Lebensspanne aufweist. Er besteht aus einem mikroporösen Mineral, einem Zeolit, dessen Struktur chemische Reaktionen in den Mikroräumen der Poren begünstigt.

Durch die enge Zusammenarbeit konnten die beiden Forschungsgruppen die Katalyse Schritt für Schritt verbessern und parallel dazu die jeweilige Ökobilanz des gesamten Verfahrens prüfen. „Ohne diese Analyse und den Vergleich der Ökobilanz mit dem konventionellen Verfahren, wären wir vielleicht mit der ersten Katalysator-Version zufrieden gewesen. Aber diese stellte sich sogar als weniger umweltfreundlich als die Fermentation heraus“, erklärt Pierre Dapsens, Doktorand in der Pérez-Ramírez-Gruppe. Indem die Forschenden verschiedene Aspekte des Katalysator-Designs verbesserten, konnten sie letztlich das Fermentationsverfahren sowohl aus ökologischer wie auch aus ökonomischer Sicht übertreffen.

Industrielle Prozesse würden oft „nachhaltig“ gemacht, indem man einfach nur auf einen erneuerbaren Rohstoff umsteige, sagt Cecilia Mondelli, wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Katalyse-Engineering-Gruppe und ebenfalls an der Studie beteiligt. „Aber wenn man den gesamten Prozess berücksichtigt – von der Quelle des Ausgangsstoffs bis zum fertigen Produkt, inklusive Entsorgungswege – erscheinen angeblich nachhaltige Verfahren nicht unbedingt nachhaltiger als die konventionellen.“

20 Prozent weniger CO2

Berücksichtigt man die erhöhte Produktivität und die Energie, die das neue Verfahren einspart, indem es einen Abfallstoff verwertet, verringern sich die CO2-Emissionen im Vergleich zur Fermentation um 30 Prozent. Pro Kilogramm produzierter Milchsäure erzeugt das neue Verfahren 6 Kilogramm CO2 im Vergleich zu 7,5 Kilogramm bei der konventionellen Methode. Zudem kostet das Verfahren insgesamt weniger, was einen um das 17-fache größeren Profit ermöglicht, wie die Forscher berechneten. „Wir sind dabei von eher konservativen Annahmen ausgegangen“, sagt Morales. „Wir haben eine relativ hohen Qualität des Glyzerins vorausgesetzt. Aber das Verfahren funktioniert auch mit stärker verunreinigtem Glyzerin, was sogar noch kostengünstiger wäre.“ So könnten Hersteller die Gewinnspanne sogar noch verbessern.

„Die größten Bioplastik-Hersteller sitzen heute zwar in den USA, aber das Verfahren ist relativ einfach und lässt sich auch in anderen Ländern einsetzen, überall wo Biodiesel – und als Nebenprodukt Glyzerin – erzeugt werden“, sagt Dapsens.

* Die Autorin ist an der ETH Zürich zuständig für die Hochschulkommunikation.

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