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Bakterien produzieren Waschmittel aus Holz

Wissenschaftsjahr 2020 im Zeichen der Bioökonomie
Bakterien produzieren Waschmittel aus Holz

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Alternative zu Erd- und Palmöl-Produkten: In der Bioreaktoranlage von Prof. Dr. Rudolf Hausmann produziert die Universität Hohenheim dank spezieller Bakterienstämme bereits Biotenside aus Materialien wie Holz Bild: Universität Hohenheim – Zentsch
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Aus Holz kann man nicht nur Bretter und Feuerholz machen: Mit dem richtigen Know-how können daraus innovative und nachhaltige Produkte entstehen. Einer, der sich dieser Aufgabe widmet, ist Prof. Dr.-Ing. Rudolf Hausmann vom Fachgebiet für Bioverfahrenstechnik an der Universität Hohenheim in Stuttgart. In dem vom Land Baden-Württemberg in Lenningen neu gegründeten „Technikum Laubholz“ möchte er auf biotechnologischem Weg aus dem Rohstoff Laubholz moderne Tenside herstellen. Diese Biotenside können nicht nur spezielle Anforderungen der Industrie erfüllen, sondern über kurz oder lang auch eine Alternative zu den bisher aus Erdöl oder Pflanzenöl hergestellten Tensiden darstellen.

Auch wenn es eine Vielzahl an natürlich vorkommenden Tensiden gibt, wird der Großteil von ihnen auf chemischem Weg hergestellt. Nur so kann der großindustrielle Bedarf mit seinen spezifischen Anforderungen an die Eigenschaften der Tenside gedeckt werden. Dabei dienen hauptsächlich Erdöl und Pflanzenöle als Quellen. Beides ist auf Dauer nicht tragfähig, denn die Erdölvorkommen sind begrenzt und die verwendeten Pflanzenöle stammen zumeist entweder aus den in Verruf geratenen Palmölplantagen oder ihre Herstellung steht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion.

Bakterien stellen Biotenside aus Pflanzenabfällen her

Gefragt sind deshalb alternative Lösungen, die z. B. Pflanzenabfälle nutzen. Prof. Dr. Hausmann entwickelt biotechnische Verfahren, bei denen mithilfe von Bakterien aus nachwachsenden Rohstoffen Tenside hergestellt werden. Gegenüber den chemisch hergestellten haben diese Biotenside zudem noch weitere große Vorteile: „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“, erläutert Prof. Dr. Hausmann.

Speziell gilt sein Interesse den so genannten Rhamnolipiden, die von Pseudomonas-Bakterien aus einem besonderen Zucker, der Rhamnose, und verschiedenen Fettsäuren gebildet werden. Die Mikroorganismen brauchen diese Substanzen, um pflanzliche Öle aus der Umgebung in Lösung zu bringen und als Energiequelle in ihr Inneres aufnehmen zu können.

Produktionskosten soweit wie möglich senken

Bisher konnten sich die biotechnologisch hergestellte Rhamnolipiden auf dem Markt gegenüber den synthetischen Tensiden allerdings noch nicht durchsetzen. Ein Grund dafür ist die relativ geringe Produktausbeute, die ihre Herstellungskosten in die Höhe treibt. Aktuell werden sie deswegen nur in Nischenbereichen eingesetzt. „Wenn Biotenside als Alternative zu den herkömmlichen Tensiden etabliert werden sollen, müssen die Produktionskosten soweit wie möglich gesenkt werden“, erklärt Prof. Dr. Hausmann.

Ein Schwerpunkt seiner Forschung liegt deswegen auf der Verbesserung des Produktionsprozesses. „Dies kann nur durch eine gleichzeitige genetische und verfahrenstechnische Optimierung geschehen“, erläutert er. „Ziel ist es, in unseren Bioreaktoren einen möglichst hohen Bakterienbesatz zu erreichen, um daraus dann möglichst viel an der gewünschten Substanz zu gewinnen.“

Verwertungsmöglichkeit für Laubholz

Ein weiterer Ansatz, den er jetzt im neu gegründeten Technikum Laubholz verfolgen möchte, ist die mikrobielle Verwertung von so genannten Laubholz-Hydrolysaten. Dabei wird das Holz beispielsweise über eine Behandlung mit Enzymen, Säuren oder anderen Verfahren in seine molekularen Bestandteile zersetzt, die dann von den Bakterien verwertet werden können.

Aktuell wird ein Großteil des Laubholzes nur als Feuerholz verkauft. Insbesondere in Baden-Württemberg, das sehr reich an Buchenwäldern ist. Denn im Gegensatz zu Fichte, deren langer gerade gewachsener Stamm sich gut für die Holzverarbeitung eignet, gibt es bei der Buche einen großen Anteil an dünnen und krumm gewachsenen Ästen, wie z. B. in der Krone, die sich sonst nicht verwerten lassen.

Wissenschaftsjahr 2020 Bioökonomie

2020 steht das Wissenschaftsjahr im Zeichen der Bioökonomie – und damit einer nachhaltigen, biobasierten Wirtschaftsweise. Es geht darum, natürliche Stoffe und Ressourcen nachhaltig und innovativ zu produzieren und zu nutzen und so fossile und mineralische Rohstoffe zu ersetzen, Produkte umweltverträglicher herzustellen und biologische Ressourcen zu schonen. Das ist in Zeiten des Klimawandels, einer wachsenden Weltbevölkerung und eines drastischen Artenrückgangs mehr denn je notwendig. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) ausgerichtete Wissenschaftsjahr Bioökonomie rückt das Thema ins Rampenlicht.

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