Upcycling von Kunststoffen für biologisch abbaubare Lebensmittelverpackungen
Bis zu 60 % des Kunststoffabfalls in Europa bestehen aus Kunststoffverpackungen. Polyethylen (PE) und Polyethylenterephthalat (PET) sind die Kunststoffe, die am häufigsten für die Verpackung von Lebensmitteln und Getränken eingesetzt werden. Derzeit wird dieses Material auf Abfalldeponien oder durch Verbrennung entsorgt. Wege für die Wiederverwendung und das Recycling dieser Materialien zu finden ist entscheidend. Doch nicht alle Recyclingstrategien sind dafür geeignet. Mechanisches Recycling verschlechtert die Materialeigenschaften, während chemisches Recycling auf hohe Temperaturen und lange Reaktionszeiten angewiesen ist. Das EU-finanzierte Projekt upPE-T(öffnet in neuem Fenster) zielte darauf ab, PE und PET auf biologischem Wege zu recyceln und dann Biokunststoffe für Lebensmittel- und Getränkeverpackungen zu entwickeln.
Kriterien für Lebensmittel-Kunststoffverpackungen
Für Kunststoffe, die zur Verpackung von Lebensmitteln und Getränken verwendet werden, gelten hohe Gesundheits- und Hygienestandards. Sowohl starre als auch flexible Verpackungen werden benötigt, und PE und PET liefern zusammen über 50 % der in diesem Sektor verwendeten Kunststoffe. Ziel des Projekts war die Herstellung biologisch abbaubarer Biopolymere, die sich für Lebensmittel- und Getränkeverpackungen eignen. Aufgrund ihrer geringen Gasbarriereeigenschaften verfügen diese Materialien im Vergleich zu anderen Kunststoffanwendungen über eine relativ kurze Lagerstabilität. Zu den Produkten, die wir herstellen, zählen maßgeschneiderte Compounds, die mit einer Vielzahl von Techniken wie Cast-Extrusion, Spritzguss, Thermoformung und Blasextrusion verarbeitet werden können. Von besonderem Interesse für upPE-T war die Herstellung von Poly(3-hydroxybutyrat-co-3-hydroxyvalerat(öffnet in neuem Fenster) (PHBV)), einem biologisch abbaubaren Kunststoff mit einem breiten Anwendungsbereich.
PHBV-Anwendungen
PHBV wurde erstmals im Jahr 1983 synthetisiert. Da es sicher zu konsumieren ist, wird es in Spezialverpackungen wie Arzneimittelkapseln und orthopädischen Geräten verwendet. „Wodurch PHBV im Vergleich zu anderen biologisch abbaubaren Kunststoffen besticht, ist sein erneuerbarer Ursprung und seine hohe biologische Abbaubarkeit selbst in Umgebungen mit geringer mikrobieller Belastung wie Süßwasser, Meerwasser oder Boden“, erklärt Projektkoordinatorin Fuensanta Monzó Sánchez. PHBV besitzt das Potenzial für eine breite Anwendung in der Medizin, der Landwirtschaft und der Lebensmittelverpackung. Die Biokonversionsarbeit von upPE-T bringt die Bemühungen voran, die PHBV-Produktion wettbewerbsfähig zu machen.
Biokonversion durch enzymatischen Abbau
Biokonversion ist der Prozess, bei dem ein Stoff von lebenden Organismen in einen anderen umgewandelt wird. Im Mittelpunkt des Projekts stand die Demonstration der Machbarkeit des enzymatischen Abbaus für die Herstellung von PHBV aus PE- und PET-Abfällen. Sowohl PE als auch PET können enzymatisch abgebaut werden. Sie erfordern jedoch eine Vorbehandlung, um die von den Enzymen ausgelösten oxidativen Reaktionen zu ermöglichen. Der enzymatische Abbau von PET ist zwar unkomplizierter als die Umwandlung von PE, doch das Projekt war in beiden Fällen erfolgreich. „Die upPE-T-Forschung auf dem Gebiet des enzymatischen Abbaus von Kunststoffen brachte zwei wichtige Ergebnisse hervor: ein neues, von Enzymicals(öffnet in neuem Fenster) entwickeltes Enzym, das in der Lage ist, PET selbst bei hohen Temperaturen vollständig in Terephthalsäure und Ethylenglykolmonomere zu zerlegen. Außerdem wurde von der Universität Greifswald(öffnet in neuem Fenster) eine neue Strategie entwickelt, die auf der Verwendung eines Enzymcocktails für den Abbau von PE beruht“, berichtet Monzó. Das ehrgeizige Ziel Europas, eine grüne, kohlenstoffarme Zukunft zu erreichen, erfordert das effiziente Recycling von Kunststoffen. Indem es sich auf die Biokonversion von häufig verwendeten Kunststoffen auf Ölbasis konzentriert, bietet upPE-T tragfähige Lösungen, die den Lebensmittelverpackungs-Sektor verändern werden. Mit der Entwicklung enzymatischer Abbautechnologien für das Upcycling von Kunststoffen sowie biologischer Verfahren für die Herstellung von Biokunststoffen rückt das Ziel, 60 % der Kunststoffe für Lebensmittelverpackungen aus erneuerbaren Quellen herzustellen, in greifbare Nähe.