Forschende entwickeln nachhaltige Tenside aus Laubholz und Bakterien
Holz kann weit mehr sein als Bau- oder Brennmaterial. Forschende der Universität Hohenheim arbeiten daran, aus Laubholz nachhaltige Tenside herzustellen. Ziel ist es, mithilfe von Bakterien moderne Biotenside zu produzieren, die langfristig herkömmliche Tenside auf Basis von Erdöl oder Pflanzenölen ersetzen könnten.
Die Forschung wird unter anderem im neu gegründeten Technikum Laubholz in Lenningen vorangetrieben. Dort entwickelt Prof. Dr.-Ing. Rudolf Hausmann vom Fachgebiet für Bioverfahrenstechnik biotechnologische Verfahren, mit denen sich aus dem nachwachsenden Rohstoff innovative Industrieprodukte herstellen lassen.
Tenside im Alltag unverzichtbar
Tenside begegnen Menschen täglich in zahlreichen Produkten. Sie sind Bestandteil von Wasch- und Reinigungsmitteln, Körperpflege- und Kosmetikprodukten sowie von Arznei- und Nahrungsmitteln. Auch in der Landwirtschaft kommen sie beispielsweise in Pflanzenschutzmitteln zum Einsatz.
Ihre Aufgabe besteht darin, Stoffe miteinander zu verbinden, die sich normalerweise nicht mischen. So ermöglichen Tenside etwa, dass Fettflecken beim Waschen aus Textilien gelöst werden. Auch bei der Herstellung von Lebensmitteln wie Mayonnaise wirken ähnliche Substanzen – dort als sogenannte Emulgatoren.
Probleme herkömmlicher Tenside
Die meisten industriell genutzten Tenside werden bislang chemisch hergestellt. Als Rohstoff dienen häufig Erdöl oder Pflanzenöle wie Palm- oder Rapsöl. Beide Quellen stehen jedoch zunehmend in der Kritik.
Erdöl ist eine begrenzte Ressource, während Pflanzenöle teilweise aus umstrittenen Palmölplantagen stammen oder mit der Lebensmittelproduktion konkurrieren. Deshalb wächst das Interesse an alternativen, nachhaltigen Herstellungsverfahren.
Bakterien produzieren umweltfreundliche Biotenside
Ein vielversprechender Ansatz ist die biotechnologische Produktion von Tensiden mithilfe von Mikroorganismen. Bestimmte Bakterien können sogenannte Biotenside aus nachwachsenden Rohstoffen herstellen.
„Sie sind meist biologisch abbaubar, umweltfreundlich und einige von ihnen können sogar in Lebensmitteln eingesetzt werden. Zudem weisen sie eine hohe strukturelle Vielfalt auf, die sie für Spezialanwendungen interessant macht.“
Im Fokus der Forschung stehen sogenannte Rhamnolipide. Diese werden von Pseudomonas-Bakterien gebildet und helfen den Mikroorganismen, pflanzliche Öle aus ihrer Umgebung aufzunehmen und als Energiequelle zu nutzen.
Produktionsprozesse müssen effizienter werden
Bislang konnten sich biotechnologisch hergestellte Rhamnolipide auf dem Markt noch nicht durchsetzen. Ein wesentlicher Grund sind die vergleichsweise hohen Produktionskosten.
„Wenn Biotenside als Alternative zu den herkömmlichen Tensiden etabliert werden sollen, müssen die Produktionskosten soweit wie möglich gesenkt werden.“
Die Forschung konzentriert sich daher auf eine Optimierung der Produktionsprozesse. Dazu gehören sowohl genetische Anpassungen der Mikroorganismen als auch verfahrenstechnische Verbesserungen in den Bioreaktoren.
Laubholz als neuer Rohstoff
Im Technikum Laubholz untersucht das Forschungsteam außerdem, wie sich Laubholz-Hydrolysate als Rohstoff nutzen lassen. Dabei wird Holz zunächst in seine molekularen Bestandteile zerlegt, etwa in verschiedene Holzzucker wie Xylose, Glucose, Arabinose und Mannose.
Diese Stoffe können anschließend von Bakterien verwertet werden, um daraus Biotenside zu produzieren. Die komplexe Zusammensetzung des Holzmaterials stellt allerdings besondere biologische und technische Herausforderungen dar.
Neue Nutzungsmöglichkeiten für Laubholz
Langfristig könnte die Technologie neue Absatzmärkte für Laubholz eröffnen. Besonders in Regionen mit großen Buchenbeständen fallen viele Holzreste an, die bislang häufig nur als Brennholz genutzt werden.
Gerade dünne oder krumm gewachsene Äste, die für die klassische Holzverarbeitung ungeeignet sind, könnten so künftig als Rohstoff für industrielle Bioprodukte dienen.
Forschungsplattform für biobasierte Produkte
Das Technikum Laubholz soll künftig als Forschungs- und Entwicklungsplattform dienen. Dort arbeiten Hochschulen, Forschungsinstitute sowie Industrie- und Maschinenbaupartner gemeinsam daran, neue Produkte aus Laubholzfasern zur Marktreife zu bringen.
Das Land Baden-Württemberg fördert den Aufbau der Einrichtung zunächst mit rund 30 Millionen Euro. Insgesamt sollen in den kommenden acht Jahren Investitionen von rund 100 Millionen Euro in die Entwicklung neuer Anwendungen aus Laubholz fließen.