SusPackaging – Kosteneffiziente Produktion von Polyhydroxyalkanoaten (PHA) zur Herstellung maßgeschneiderter nachhaltiger Verpackungen für die Kosmetikbranche

Aufgrund des wachsenden Problembewusstseins für Umweltverschmutzung durch Plastik steigt die Nachfrage nach umweltverträglichen Verpackungen − insbesondere in der Kosmetik‑ und Lebensmittelindustrie. Ziel des Projekts SusPackaging ist daher, eine grüne Wertschöpfungskette für die Produktion von biobasierten und bioabbaubaren Verpackungsmaterialien aufzubauen. Das Fraunhofer IGB konzentriert sich im Rahmen des Vorhabens auf Polyhydroxyalkanoate (PHA), die ähnliche Eigenschaften wie herkömmliche Kunststoffe aufweisen, aber biologisch abbaubar sind.

Gefriergetrocknete Bakterien (Cupriavidus necator) vor Zellaufschluss.
© Fraunhofer IGB
Gefriergetrocknete Bakterien (Cupriavidus necator) vor Zellaufschluss.
Laboranlage für Zellaufschluss und Extraktion von funktionellen Inhaltsstoffen am Fraunhofer IGB.
© Günther Bayerl/Fraunhofer IGB
Laboranlage für Zellaufschluss und Extraktion von funktionellen Inhaltsstoffen am IGB.

Die Verschmutzung der Umwelt mit Kunststoffen und die Anhäufung von Mikroplastik in den Meeren ist längst in das öffentliche Bewusstsein gerückt. Aufgrund einer gestiegenen Nachfrage durch die Verbraucher suchen Kosmetik‑ und Lebensmittelindustrie nach umweltverträglichen Verpackungsalternativen.

Das Projekt SusPackaging hat sich zum Ziel gesetzt, eine grüne Wertschöpfungskette für die Produktion von biobasierten und biologisch abbaubaren Verpackungsmaterialien aufzubauen. Im Zentrum stehen Polyhydroxyalkanoate (PHA), die ähnliche Eigenschaften wie herkömmliche Kunststoffe aufweisen, aber biologisch abbaubar sind. Die Biopolymere werden von Bakterien als intrazelluläres Speichergranulat synthetisiert, das ihnen als Kohlenstoff‑ und Energiequelle dient und bis zu 90 Prozent der Biotrockenmasse ausmachen kann. Im Vergleich zu herkömmlichen, aus Erdöl gewonnenen Polymeren sind PHAs derzeit aufgrund der hohen Produktions‑ und Aufarbeitungskosten noch nicht wettbewerbsfähig.

Das Fraunhofer IGB hat im Projekt die Herstellung verschiedener molekularer PHA‑Varianten durch Selektion und Isolierung von Mikroorganismen evaluiert, die mit nachhaltigen Kohlenstoffquellen wachsen, etwa Methan (aus der Biogasproduktion), Zuckern aus Cellulosen und Hemicellulosen (aus forst‑ und landwirtschaftlichen Reststoffen) sowie Glycerin (aus der Biodieselproduktion). Zudem wird ein hocheffizienter, lösungsmittelfreier Ansatz für das Downstream Processing der Biopolymere entwickelt. Hierzu haben wir die Druckwechseltechnologie (pressure change technology, PCT) für den Zellaufschluss und den Einsatz von überkritischen Fluiden für die Stoffextraktion angepasst. Die physikalisch‑chemischen Eigenschaften der gewonnenen PHAs und ihre Korrelation zu den Qualitätsanforderungen sowie eine ökologische und ökonomische Potenzialanalyse werden in Zusammenarbeit mit unseren Projektpartnern untersucht.

Projektinformationen

Projekttitel

SusPackaging – Kosteneffiziente Produktion von Polyhydroxyalkanoaten (PHA) zur Herstellung maßgeschneiderter nachhaltiger Verpackungen für die Kosmetikbranche

 

Projektlaufzeit

Oktober 2017 – September 2020

 

Projektpartner

  • Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, Stuttgart (Koordination)
  • Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung, IVV, Freising
  • Universität Stuttgart, Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik und Plasmatechnologie (IGVP), Stuttgart
  • Universität Stuttgart, Institut für Mikrobiologie, Stuttgart
  • LCS Life Cycle Simulation, Backnang

Förderung

Wir danken dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) sowie dem Projektträger Jülich (PtJ) für die Förderung des Projekts »SusPackaging«, im Ausschreibungsprogramm "Maßgeschneiderte biobasierte Inhaltsstoffe für eine wettbewerbsfähige Bioökonomie", Förderkennzeichen 031B0371A.

Bundesministerium für Bildung und Forschung.
Bundesministerium für Bildung und Forschung.