Kunststoff ist möglicherweise doch biologisch abbaubar

Leipziger Forscher haben ein Enzym gefunden, das PET, den am häufigsten produzierten Kunststoff der Welt, schnell abbaut. Es könnte sein, dass es Ihre alten Tragetaschen frisst.

Bei der Durchsuchung eines Komposthaufens auf einem Leipziger Friedhof fanden Christian Sonnendecker und sein Forschungsteam sieben Enzyme, die sie noch nie zuvor gesehen hatten.

Sie waren auf der Suche nach Proteinen, die PET-Kunststoff fressen würden – den am häufigsten produzierten Kunststoff der Welt. Es wird häufig für Wasser in Flaschen und Lebensmittel wie Weintrauben verwendet.

Die Wissenschaftler hätten nicht viel erwartet, als sie die Proben zurück ins Labor brachten, sagte Sonnendecker beim Besuch der DW in ihrem Leipziger Universitätslabor.

Es war erst die zweite Mülldeponie, die sie durchsucht hatten, und sie dachten, PET-fressende Enzyme seien selten.

Doch in einer der Proben fanden sie ein Enzym oder Polyesterhydrolase namens PHL7. Und es schockierte sie. Das PHL7-Enzym zersetzte ein ganzes Stück Plastik in weniger als einem Tag.

PHL7 scheint PET-Kunststoff um ein Vielfaches schneller zu „fressen“ als LCC, ein Standardenzym, das heute in Experimenten zum Verzehr von PET-Kunststoff verwendet wird.

Um sicherzustellen, dass ihre Entdeckung kein Zufall war, verglich Sonnendeckers Team PHL7 mit LCC, wobei beide Enzyme mehrere Plastikbehälter abbauen. Und sie fanden heraus, dass es stimmte: PHL7 war schneller.

„Ich hätte gedacht, dass man an Hunderten verschiedener Standorte Proben nehmen müsste, bevor man eines dieser Enzyme findet“, sagte Graham Howe, Enzymologe an der Queens University in Ontario, Kanada.

Howe, der ebenfalls den PET-Abbau untersucht, aber nicht an der Leipziger Forschung beteiligt war, schien von der in Chemistry Europe veröffentlichten Studie erstaunt zu sein.

„Anscheinend geht man in die Natur und es wird überall Enzyme geben, die das tun“, sagte Howe.

Obwohl PET-Kunststoff recycelt werden kann, ist er nicht biologisch abbaubar. Wie Atommüll oder ein böser Kommentar gegenüber Ihrem Partner: Sobald PET-Kunststoff hergestellt wurde, verschwindet er nie wirklich.

Es kann in neue Produkte umgewandelt werden – es ist beispielsweise nicht schwer, eine Tragetasche aus recycelten Wasserflaschen herzustellen. Doch mit jedem Zyklus lässt die Qualität des Kunststoffs nach.

So wird letztendlich viel PET zu Produkten wie Teppichen und – ja – einer exorbitanten Anzahl von Tragetaschen verarbeitet, die auf Mülldeponien landen.

Es gibt zwei Möglichkeiten, dieses Problem zu lösen: Die erste besteht darin, die Produktion sämtlicher PET-Kunststoffe einzustellen.

Aber das Material ist so weit verbreitet, dass, selbst wenn Unternehmen die Produktion sofort einstellen würden, noch immer Millionen leerer Erfrischungsgetränkeflaschen – oder aus diesen Flaschen hergestellte Tragetaschen – seit Tausenden von Jahren herumliegen würden.

Die zweite Möglichkeit besteht darin, die Zersetzung des Kunststoffs zu erzwingen. Wissenschaftler haben jahrzehntelang versucht, Enzyme zu finden, die dies tun können, und 2012 entdeckten sie LCC, die „Blattzweig-Kompost-Cutinase“.

LCC war ein großer Durchbruch, denn es zeigte, dass PETase, ein Bestandteil von LCC, zum Abbau von PET-Kunststoff verwendet werden kann, wenn es mit einem anderen Enzym namens Esterase kombiniert wird.

Esterase-Enzyme werden verwendet, um chemische Bindungen in einem Prozess namens Hydrolyse aufzubrechen.

Wissenschaftler, die an LCC arbeiten, haben herausgefunden, dass das Enzym nicht zwischen natürlichen Polymeren und synthetischen Polymeren unterscheidet – letztere sind Kunststoffe. Stattdessen erkennt LCC PET-Kunststoff als natürlich vorkommenden Stoff an und verzehrt ihn wie ein natürliches Polymer.

Seit der Entdeckung von LCC suchen Forscher wie Sonnendecker nach neuen PET-fressenden Enzymen in der Natur. LCC sei gut, heißt es, aber es habe Einschränkungen. Für das, was es ist, ist es schnell, aber es dauert immer noch Tage, PET abzubauen, und die Reaktionen müssen bei sehr hohen Temperaturen ablaufen.

Andere Wissenschaftler und Forscher haben versucht herauszufinden, wie man LCC so gestalten kann, dass es effizienter wird.

Das macht ein französisches Unternehmen namens Carbios. Sie entwickeln LCC, um ein schnelleres und effizienteres Enzym zu schaffen.

An anderer Stelle haben Forscher der University of Texas in Austin mithilfe eines maschinellen Lernalgorithmus ein PET-essendes Protein entwickelt. Sie sagen, dass ihr Protein PET-Kunststoff innerhalb von 24 Stunden abbauen kann.

David Zechel, Professor für Chemie an der Queen's University, sagte, dass diese Ansätze immer mit etwas Bekanntem beginnen – die Forscher finden nicht unbedingt etwas Neues, sondern arbeiten daran, das bereits Entdeckte zu verbessern.

Diese Art der Technik sei wichtig, da Forscher versuchen, das optimale Enzym zum Abbau von PET zu entwickeln, sagte Zechel.

Sonnendeckers Arbeit zeige, dass „wir noch nicht einmal annähernd an der Oberfläche gekratzt haben“, was das Potenzial natürlich vorkommender Enzyme „in Bezug auf PET“ angeht, sagte er.

Auch das neu entdeckte Enzym von Sonnendecker hat seine Grenzen. Es kann die Behälter zersetzen, in denen Sie Ihre Trauben im Supermarkt kaufen, aber es kann keine Erfrischungsgetränkeflasche zersetzen. Noch nicht.

Der in Getränkeflaschen verwendete PET-Kunststoff wird gedehnt und chemisch verändert, wodurch er schwieriger biologisch abbaubar ist als das in Traubenbehältern verwendete PET.

In Tests hat das Team um Sonnendecker eine Vorbehandlung entwickelt, die auf PET-Flaschen angewendet wird und es dem Enzym erleichtert, das Plastik abzubauen. Diese Forschung muss jedoch noch veröffentlicht werden.

Mit Hilfe der Industrie, sagte der Forscher, könnte die Technologie, die PHL7 zum Abbau von PET in großem Maßstab nutzt, in etwa vier Jahren fertig sein.

Herausgegeben von: Zulfikar Abbany