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Herstellung von Biopolymeren aus Abwasser

Herstellung von Biopolymeren aus Abwasser

Leitung:  Prof. Dr.-Ing. Regina Nogueira
Team:  Pravesh Tamang, M. Sc.
Jahr:  2018
Laufzeit:  01/2018 - 12/2021

Polyhydroxyalkanoate (PHA) sind Polymere von Hydroxyfettsäuren, die von vielen verschiedenen Bakterien und Algen als intrazelluläres Speichermaterial unter übermäßigen Kohlenstoffquellen und begrenzten Nährstoffbedingungen auf natürliche Weise produziert werden. PHA hat aufgrund seiner thermoplastischen Eigenschaften, die mit denen von erdölbasierten Polyolefinen vergleichbar sind, das Potenzial, herkömmliche Kunststoffe zu ersetzen. Aber derzeit werden PHA kommerziell unter Verwendung einer Reinkultur von Bakterien wie Cupriavidus necator hergestellt, die auf einer reinen Kohlenstoffquelle z. B. Glukose angebaut werden. Die hohen Kosten dieses Verfahrens haben jedoch seine Anwendung im täglichen Gebrauch eingeschränkt. Um die PHA-Produktionskosten zu senken, wurde daher eine neuartige Strategie vorgeschlagen, die darin besteht, eine gemischte mikrobielle Kultur (MMC) in PHA-akkumulierenden Bakterien aus Belebtschlamm anzureichern und Abfallströme anstelle von reinen Kohlenstoffquellen als Substrate zu verwenden. Vergleicht man diese Strategie mit Reinkultur-Fermentationsprozessen, so ergeben sich die Vorteile der PHA-Produktion durch angereichertes MMC aus der Kostensenkung bei der Kultivierung von PHA-akkumulierenden Bakterienkulturen, kostengünstigem Substrat, einfacheren Anlagenbau und der Kohlenstoffrückgewinnung aus dem Abfallstrom.

Das traditionelle Ziel umweltbiotechnologischer Verfahren ist die Eliminierung umweltschädlicher Verbindungen zur Erzeugung eines flüssigen, gasförmigen oder festen Rückstands, der in einer natürlichen Umgebung ohne schädliche ökologische Auswirkungen abgeführt werden kann. Hauptziel der vorgeschlagenen Forschung ist es, traditionelle Elemente der Umweltbiotechnologie im Hinblick auf die Reinigung von Abfallströmen mit der industriellen Biotechnologie zu kombinieren, die auf die Rückgewinnung von Produkten abzielt. Eine vereinfachte Integration der abfallbasierten PHA-Produktion in die Industrie würde nicht nur die Abwasserbehandlung, sondern auch die Rückgewinnung wertvoller Produkte erleichtern. So werden die organischen Verbindungen im Abfallstrom in einen Schlamm mit idealerweise hohem PHA-Gehalt umgewandelt und gleichzeitig wird ein sauberes Abwasser für die Einleitung in Oberflächengewässer gemäß der lokalen Gesetzgebung erzeugt. Der PHA-haltige Schlamm kann zu einem gereinigten, marktfähigen PHA-Polymerprodukt weiterverarbeitet werden.