13. November 2019

Hot seat: Dr. Stephanie Stute

Drei Fragen an eine Person aus unserem Umfeld

Frau Dr. Stute, Sie forschen an der Herstellung des Biokunststoffs PHB (Polyhydroxybutyrat). Im Dschungel der Biokunststoffe, was macht PHB für Sie besonders?

PHB ist einer der wenigen Kunststoffe, der sowohl nachhaltig unter Nutzung nachwachsender Rohstoffe herstellbar als auch unter Umweltbedingungen biologisch abbaubar ist. PHB ist im Heimkompost, in Kompostieranlagen, in Biogasanlagen aber auch bei nicht achtloser Entsorgung im Erdboden sowie in Flüssen und Meeren unter Umweltbedingungen abbaubar. PHB erfüllt also beim Aspekt Umweltverträglichkeit alle Anforderungen und macht daher für mich als Material der nachhaltigen Zukunft Sinn. Darüber hinaus wird PHB von Bakterien produziert und unter bestimmten Bedingungen mit bis zu 80 % der Zellmasse eingelagert, was eine hervorragende Grundlage für ein mikrobielles Herstellungsverfahren ist und mir als Bioverfahrenstechnikerin viele Möglichkeiten bei der Prozessoptimierung gibt.

Ist PHB eigentlich ein alter „Hut“? Ist jetzt der richtige Zeitpunkt für dieses Material?

Der Kunststoff PHB ist bereits seit etlichen Jahren bekannt, und einige wenige großtechnische Hersteller bringen das Material bereits im kg und Tonnen-Maßstab auf den Markt. PHB ist also an und für sich keine bahnbrechende Innovation. Allerdings nimmt mit dem zunehmenden weltweiten Plastikmüllproblem zum einen die Notwendigkeit sich mit biologisch abbaubaren Materialen zu beschäftigen und zum anderen der Druck auf Politik und Unternehmen zu, da die öffentliche Aufmerksamkeit den Sinn und Unsinn von Kunststoffen neu bewertet. Der riesige Müllstrudel im Pazifik, die Plastikmüllberge in Asien sowie Mikroplastik in Wasser und in der Nahrungskette sprechen definitiv für biologisch abbaubare Kunststoffe. Gerade beim Plastikmüll in den Meeren gehen nach EU-Angaben 70 % auf Einwegartikel zurück. Mit dem Erlass des deutschen Verpackungsgesetz 2017, das ab 2022 höhere Recycling-Quoten vorsieht, sowie dem ab 2021 geltenden EU-Verbot für Einwegplastik wie Strohholme, Plastikgeschirr und –besteck, sind zwar erste politische Weichenstellungen hin zu einem bewussterem Umgang mit Kunststoffen erfolgt, aber durch dieses Verbot wird der bereits vorhandene Plastikmüll in den Gewässern nicht verschwinden. Es bleibt zu hoffen, dass sich so immerhin die weitere Einbringung von nicht biologisch abbaubaren Stoffen reduzieren lässt. Daher mein klares Ja, es ist jetzt an der Zeit mit PHB ein Alternativmaterial insbesondere für Einwegartikel und Verpackungen in die breite Verwendung zu bringen.

Wo liegen nach Ihrer Meinung die größten Herausforderungen?

Die größten Hürden dürften die noch relativ hohen Herstellungskosten, die geringe Marktverfügbarkeit sowie die hohe Kristallinität des PHB und die daraus resultierende Sprödigkeit sein. PHB kostet verglichen mit gängigen Verpackungskunststoffen wie PE oder PP das Fünffache oder mehr. Politische Rahmenbedingungen können hier die Notwendigkeit schaffen, dass biologisch abbaubare Materialen breiter eingesetzt werden müssen. Wenn folglich die Nachfrage nach diesen Biokunststoffen steigt, entstehen Anreize z.B. durch Vergrößerungen der Produktionskapazitäten wirtschaftlichere Verfahren zu entwickeln. Ich denke auch, dass sich über die Stellschraube Prozessoptimierung noch effektiv an den Herstellungskosten drehen lässt. Die hohe Sprödigkeit könnte über Compoundierung mit anderen biologisch abbaubaren Stoffen oder einem geschickt gesteuerten Herstellungsverfahren reduziert werden, bei dem die Bakterien ein Copolymer mit veränderten Materialeigenschaften herstellen. Darüber hinaus wäre die Verarbeitung von PHB zu Textilien eine spannende Herausforderung für die Zukunft. Da 35 % des Mikroplastiks vom Abrieb beim Waschen von synthetischer Kleidung stammt, könnte hierdurch ein relevanter und nachhaltiger Beitrag geleistet werden.

Prof. Dr. Stephanie Stute studierte in Erlangen Biologie und war mehrere Jahre mit den Schwerpunkten Marketing und Vertrieb im Bereich Life Sciences und Biotechnologie tätig. 2007 nahm sie ihre akademische Karriere wieder auf und promovierte am Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg und übernahm anschließend die Leitung der Arbeitsgruppe Marine Biotechnologie am Lehrstuhl. 2015 wurde Prof. Dr. Stephanie Stute an die Technische Hochschule Nürnberg berufen und ist seitdem an der Fakultät Verfahrenstechnik für den Fachbereich Bioverfahrenstechnik zuständig. Ihr Forschungsschwerpunkt liegt in der Entwicklung und Optimierung von Verfahren zur mikrobiellen Herstellung von Biopolymeren.

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