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Donnerstag, 12. Oktober 2017, Ausgabe Nr. 41

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Recycling

Plastik als Nahrungsquelle

Von Susanne Donner | 8. Dezember 2016 | Ausgabe 49

Forscher haben Bakterien entdeckt, die Kunststoff essen und somit abbauen. Das könnte langfristig helfen, das globale Müllproblem in den Meeren anzugehen.

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Foto: panthermedia.net/smithore

Tausende Getränkeflaschen treiben auf dem See dahin. Bakterien könnten den Kunststoff in seine Bestandteile zerlegen. Doch noch dauert der biologische Prozess zu lange, als dass er industriell interessant wäre.

Plastik ist ziemlich unverwüstlich und verrottet über viele Hundert Jahre nicht. Diese Vorzüge aber werden nun zum Problem. Denn sieht man von Ländern wie Deutschland mit gewachsener Entsorgungsinfrastruktur ab, so landet das Material – zu winzigen Teilchen zerbröselt – in Weltmeeren, Flüssen und Böden. Es verstopft die Mägen von Vögeln und Fischen. Welchen Schaden es genau anrichtet, wird erst nach und nach klar: Hechte etwa bringen infolge der Partikel weniger Nachwuchs durch, wie schwedische Forscher kürzlich im Fachblatt Science darlegten.

Doch die Allgegenwart der Kunststoffe, von denen weltweit etwa 300 Mio. t/a hergestellt werden, hat wohl noch eine andere Wirkung: Japanische Forscher entdeckten in einer Recyclingstation für PET – jenes Material, aus dem viele Getränkeflaschen bestehen – eine Mikrobe namens Ideonella sakaiensis 201-F6, die den Kunststoff zersetzt. Dafür hatten sie 250 Proben aus Schlamm und Schlick, Boden und Abwasser untersucht.

Die Entdeckung ist deshalb bemerkenswert, weil eine PET-Flasche schätzungsweise 450 Jahre in der Umwelt überdauern kann. Der Stoffwechsel des PET-fressenden Bakteriums beruht auf zwei bislang unbekannten Enzymen. Zunächst heftet sich das Bakterium an das Plastik und sondert das Enzym PETase ab. In Kunststoffen sind einfache Moleküle zu langen Ketten mit mehreren Tausend „Gliedern“ verknüpft. Die PETase bricht die Kunststoffkette in ihre Glieder, zu Monohydroxyethyltherephtalsäure. Diese Säure zersetzen die Bakterien mit einem weiteren Enzym in Ethylenglycol und Terephtalsäure, die Ausgangsstoffe zur Herstellung des Kunststoffs PET. Diese verdauen die Mikroben. Übrig bleiben nur Wasser und Kohlenstoff.

Seit der Entdeckung der plastikfressenden Mikrobe denken Forscher ernsthaft über Klärstufen nach, die das Abwasser systematisch vom PET-haltigen Mikroplastik befreien. Auch die Hersteller von PET interessieren sich für die Bakterien, denen man nur alte Flaschen und andere Verpackungsmaterialien vorsetzen müsste und schon könnten sie die Rohstoffe zur Produktion daraus gewinnen. Etiketten und Druckfarben würden idealerweise nicht stören. Ein sortenreines Recycling wäre möglich.

„Das Problem ist nur, dass das Bakterium unwahrscheinlich langsam wächst“, sagt Uwe Bornscheuer von der Universität Greifswald, der die Arbeit der Japaner im Fachblatt Science kommentierte. „Für einen tesafilmgroßen Streifen benötigte es sechs Wochen. Dieser Mikroorganismus wächst auch auf anderen Substraten nicht schneller, was zeigt, dass sein Potenzial begrenzt ist.“ Dennoch hält Bornscheuer die Entdeckung für bahnbrechend. Vielleicht ließe sich eines Tages doch eine Recyclingfabrik mit den Bakterien betreiben, wenn die Gene mit den Bauplänen für die PET-Recyclingenzyme gentechnisch in andere Bakterien eingefügt würden.

Die Japaner haben bereits ein PET-fressendes Colibakterium vorgestellt. Es arbeitet schneller. Geschwindigkeitsbegrenzend ist jedoch die Anheftung der Bakterien an den Kunststoff. „Baumpilze können das sehr effizient, weil sie Fäden wuchern lassen, entlang derer sie die Enzyme absondern, um die langen Holzmolekülketten zu spalten“, sagt Bornscheuer. „So einen Mechanismus brauchen wir für die Bakterien, damit der Plastikabbau flotter wird“, mutmaßt er. Angestachelt von dem Fund der Japaner sucht Bornscheuer nun baumpilzähnliche Anheftungsstrategien bei Mikroben.

Die Bakterien aus der Recyclingstation sind nicht die einzigen, die sich an Plastikabfall zu schaffen machen. Der Umweltingenieur Jun Yang von der chinesischen Beihang-Universität stutzte, als er in seiner Küche Löcher in den aus Polyethylen hergestellten Mülltüten sah. Er machte Maden der gemeinen Hausmotte als Urheber des Zerfalls aus. Allerdings waren es nicht die Maden selbst, die Plastik essen, sondern zwei Bakterien in deren Darm, Enterobacter asburiae und Bacillus subtilis. Doch auch hier ist der Abbau so langsam, dass ihn der Chinese nur unter millionenfacher Vergrößerung – dem Rasterelektronenmikroskop – nachweisen konnte.

Der Chemiker Lars Blank von der RWTH Aachen experimentiert mit dem Bakterium Pseudomonas putida, das dabei hilft, PET in den Biokunststoff PAH umzuwandeln. Und er arbeitet daran, Polyurethan bakteriell zu recyceln, jenes Material, aus dem Synthetikmatratzen gemacht sind. „Unsere Idee ist, vorhandene Kunststofffraktionen, die bislang nicht recycelt werden, zu zerkleinern und an Bakterien zu verfüttern“, erklärt Blank.

Doch alle mikrobiellen Spezialisten arbeiten so langsam, dass sie für die Industrie bisher nicht interessant sind. Nun sollen sie mittels molekularbiologischer und gentechnischer Methoden getunt werden. So möchte man Bakterien nutzen, die dem Plastikmüll Herr werden und das Problem des Mikroplastiks lösen, indem sie in Kläranlagen das Abwasser reinigen, vielleicht Filter am Zufluss der Flüsse zu den Meeren bilden und in Recyclingstationen Kunststoffe abbauen. „Das ist die große und durchaus realistische Hoffnung“, sagt Blank.

Die Entwicklung macht allerdings auch nachdenklich. Am Ende könnte der Fortschritt wie bei den Antibiotika verlaufen, bei denen Resistenzen die Folge der massenhaften Anwendung sind. In großem Stil eingesetzt könnten die Müllfresser dann Fensterrahmen und Verpackungsmaterialien angreifen.

„Natürlich will man nicht, dass einem plötzlich das Fenster herausfällt, weil Bakterien den Rahmen vertilgt haben“, veranschaulicht Bornscheuer. Aber er räumt ein: „Wenn die Mikroben nur in geschlossenen Anlagen eingesetzt werden, ist das Risiko des unkontrollierten Kunststofffraßes gering. Ganz ausschließen kann man es allerdings nicht.“

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