En ny typ av plast gjord av återvunnet avfall bryts lätt ned på mindre än ett år. Ämnet som snart kommer att tjäna till att tillverka och bryta ner främst engångsprodukter på ett miljövänligt sätt går under namnet polyhydroxibutyrat. Detta innovativa material kan produceras i industriell skala i en ny process utvecklad av Fraunhofer Institute for Production Systems and Design Technology IPK och dess partners.

Vardagen utan plast – det skulle vara svårt att föreställa sig. De har en framträdande plats i förpackningar och konsumentvaror, och är oumbärliga för industritillämpningar som bil- och medicinteknik. Återanvändning och återvinning av plast från fossila resurser är knappast vanlig praxis. Dessutom, de försämras i glacial takt och förorenar miljön under lång tid framöver. De stora fläckarna av plastavfall som flyter på våra hav vittnar om deras förmåga att förorena. Plastflaskor och påsar förstör stränder och, på många ställen, hela landområden.

Forskningsinitiativet Bioeconomy International

Behovet av globala återvinningsstrategier är akut, med tanke på plastens tunga användning över hela världen. Fler och fler regeringar tar till förbud för att stävja den svällande strömmen av plastavfall. Ett hållbart alternativ för att ersätta fossilbaserad plast i stor skala har ännu inte hittats. Det är därför det tyska förbundsministeriet för utbildning och forskning (BMBF) lanserade forskningsinitiativet "Bioökonomie International" (Bioeconomy International) i nära samarbete med Fraunhofer IPK, Institutionen för bioprocessteknologi vid Berlins tekniska universitet, regionala industripartner och internationella forskningspartners från Malaysia, Columbia och USA. Dessa forskare utvecklar en metod för att tillverka polymerer utan att utnyttja premiumresurser som mineral, palm- och rapsoljor, vars produktion är mycket skadlig för miljön.

En ny plast ungefär som polypropen

Denna nya process förvandlar industrirester som avfallsfetter som innehåller mycket mineralrester till polyhydroxibutyrat (PHB). Mikroorganismer kan metabolisera dessa rester i speciella fermenteringsprocesser. De deponerar PHB i sina celler för att lagra energi. "När plasten har lösts upp från cellen, den är fortfarande inte redo för industriell användning, eftersom härdningsprocessen tar alldeles för lång tid, säger Christoph Hein, chef för avdelningen för mikroproduktionsteknologi på Fraunhofer IPK. Råvaran måste blandas med kemiska tillsatser nedströms i efterproduktionsled. Till exempel, forskargruppen justerade mjuknings- och bearbetningsparametrarna för att trimma omkristalliseringstiden för att passa tidpunkten för industriell bearbetning. Den resulterande biopolymerens egenskaper liknar de hos polypropen. Men till skillnad från PP, denna plast bryts ned helt på sex till tolv månader.

I denna metod för att tillverka plast, mikroorganismer syntetiserar hela polymeren i en bioteknisk process. "För detta ändamål, vi omvandlar biogena rester som avfallsfetter till polyestrar som kan användas tekniskt, " säger Hein. Forskaren och hans team valde mikroorganismer, genetiskt modifierad med molekylära metoder, att fungera som biokatalysatorer. Med hjälp av kemiska reningsprocesser och ett omfattande optimerat material, de har kunnat utveckla en ny familj av material som uppfyller kraven på teknisk plast.

Inga petroleumbaserade syntetiska komponenter behövs

Den nya processen slipper inte bara petroleumbaserade syntetiska komponenter helt och hållet; det möjliggör också gröna plastalternativ. Naturligt förekommande mikroorganismer kan bryta ner dessa nyutvecklade plaster, så de behöver inte utsättas för de speciella förhållanden som tjänar till att bryta ner material i industriella komposteringsanläggningar. De erbjuder ett miljövänligt alternativ till att tillverka och förnedra engångsprodukter och andra engångsartiklar.

Processen lämpar sig också för att producera högkvalitativa plastdelar för vissa tekniska tillämpningar och användningsperioder. Specifikationerna för denna typ av produkter är mer krävande. De kan behöva uppvisa specifika geometriska toleranser och ytkvaliteter eller vara reproducerbara med stor precision. Forskarna utvecklade mycket specialiserade replikeringsprocesser för att möta dessa krav.