Herstellung von biobasierten Kunststoffen aus Holz
Proben in Schütter © Stefan Schwarzauger
Eine nachhaltige Lösung für die Zukunft
Die zunehmenden Umweltprobleme, die mit der Produktion und Entsorgung von Kunststoffen auf fossiler Basis verbunden sind, stellen eine große Herausforderung für die moderne Gesellschaft dar. Der massive Verbrauch von petrochemischen Kunststoffen hat nicht nur zu einer Verschmutzung der Umwelt geführt, sondern auch zu einer erheblichen Belastung der natürlichen Ressourcen. In diesem Kontext wird die Forschung an biobasierten Kunststoffen zunehmend wichtiger. Diese Materialien, die aus nachwachsenden Rohstoffen wie Holz gewonnen werden können, bieten eine vielversprechende Lösung, da sie biologisch abbaubar sind und somit die negativen ökologischen Auswirkungen von herkömmlichen Kunststoffen verringern könnten.
Die Diplomarbeit untersucht das Potenzial von Holz als Ausgangsmaterial für die Herstellung biobasierter Kunststoffe. Dabei liegt der Fokus auf der Herstellung von Polyhydroxybuttersäure (PHB) und Polylactid (PLA), die durch Fermentation von Holzhydrolysaten aus verschiedenen Baumarten gewonnen werden. Die Arbeit zielt darauf ab, die Möglichkeiten und Herausforderungen dieser innovativen Herstellungsmethoden zu analysieren und deren Potenzial für eine industrielle Anwendung zu bewerten.
Hydrolysewerte bei der Buche © Stefan Schwarzauger
Ergebnisse und Diskussion
Die Analyse der Hydrolyseprozesse zeigte, dass die Zuckerausbeuten von den verwendeten Holzarten abhingen. Im Fichtenhydrolysat wurde nach 60 Stunden ein maximaler Glucosegehalt von 4,03 g/L und ein Zuckergehalt von 10,99 g/L für Xylose und Mannose erreicht. Im Kiefernhydrolysat lag der Glucosegehalt nach 84 Stunden bei 4,05 g/L, während der Zuckergehalt von Xylose und Mannose 11,08 g/L betrug. Das Buchenhydrolysat wies nach 96 Stunden einen Glucosegehalt von 13,00 g/L und einen Zuckergehalt von 7,30 g/L für Xylose und Mannose auf. Diese Werte bestätigen die Effektivität der enzymatischen Hydrolyse und zeigen, dass Holzhydrolysen eine gute Möglichkeit für die Zuckergewinnung darstellen.
Bei den Fermentationsexperimenten wurden vielverspechende Ergebnisse erzielt. Insbesondere die Fermentation von Fichtenhydrolysat mit Lactobacillus brevis und von Kiefernhydrolysat mit Saccharomyces cerevisiae führte zu einer guten Produktion der gewünschten Biokunststoffe. Diese Resultate eröffnen vielversprechende Perspektiven für die industrielle Herstellung von biobasierten Kunststoffen. Allerdings gab es bei der Fermentation von Buchenhydrolysat mit Cupriavidus necator Herausforderungen, da der pH-Wert des Hydrolysats optimiert werden muss, um das Wachstum des Mikroorganismus zu ermöglichen. Dies deutet darauf hin, dass die Prozessbedingungen für jede Holzart und jedes Mikroorganismus-System sorgfältig angepasst werden müssen, um eine erfolgreiche Produktion sicherzustellen.
Die Ergebnisse der Hydrolyse- und Fermentationsexperimente zeigen nicht nur die Machbarkeit der Herstellung biobasierter Kunststoffe aus Holz, sondern auch die Notwendigkeit weiterer Forschung und Optimierung. Eine größere Anzahl an Versuchsreihen könnte helfen, die Variabilität der Ergebnisse zu reduzieren und genaue Vergleichswerte zu erhalten. Dennoch liefern die vorliegenden Ergebnisse einen vielversprechenden Ansatz für die Nutzung von Holz als Rohstoff für die Produktion von nachhaltigen Kunststoffen.
Die Diplomarbeit liefert wichtige Erkenntnisse zur Herstellung von biobasierten Kunststoffen aus Holz. Die erfolgreichen Fermentationsergebnisse mit Lactobacillus brevis und Saccharomyces cerevisiae zeigen das Potenzial dieser Technologien für die industrielle Produktion von Polyhydroxybuttersäure und Polylactid. Die Herausforderungen bei der Fermentation von Buchenhydrolysat verdeutlichen jedoch, dass noch Optimierungsbedarf besteht. Insgesamt leistet die Arbeit einen wertvollen Beitrag zur Forschung auf dem Gebiet der biobasierten Kunststoffe und zeigt, dass Holz als Rohstoff eine aussichtsvolle Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen darstellt. Weitere Forschungen sind erforderlich, um die Prozesse weiter zu optimieren und die Anwendung dieser Technologien in der Industrie zu realisieren.
Besonderer Dank gilt dem Institut für molekulare Biotechnologie und dem Institut für Biotechnologie und Prozesstechnik der TU Graz, an denen ein Großteil der Versuchsreihen durchgeführt wurden.
