Wie mit Hilfe von Methan und CO2 der Plastikverschmutzung begegnet werden kann

Der „Country Overshoot Day“, dieses Jahr in Deutschland bereits am 3. Mai, markiert den Tag, an dem das jährliche Biokapazitätsbudget eines Landes aufgebraucht wäre, wenn alle Menschen weltweit so leben würden wie dessen Bevölkerung. Im Forschungs- und Transferzentrum b-ACTmatter der Universität Leipzig werden innovative Ansätze erforscht, um der wachsenden Ressourcenknappheit durch nachhaltige Produktionsprozesse und kreislauforientierte Technologien zu begegnen. Das Projekt REPLACER entwickelt Generationen hybrider lebender Materialien. Sie sollen mit Hilfe von CO₂ und Methan die Plastikverschmutzung verringern, so Projektleiter Dr. Rohan Karande im Interview:

Treibhausgasemissionen, Plastikverschmutzung und Proteinknappheit sind existenzielle Bedrohungen und stellen Europa und die Welt vor enorme Herausforderungen. Wie kann Wissenschaft diese Bedrohungen in Chancen verwandeln?

Im Rahmen des von M-ERA.Net geförderten Projekts REPLACER entwickeln wir gemeinsam mit dem Leibniz-Institut für Oberflächentechnik (IOM) in Leipzig, der Universität Lettlands in Riga und dem rumänischen Technologieunternehmen Holisun eine neue Generation hybrider lebender Materialien (HLMs). Diese HLMs sollen Treibhausgasemissionen auffangen, die Plastikverschmutzung verringern und eine nachhaltige Quelle für alternative Proteine bieten. Wir entwickeln die HLMs durch die Kultivierung mikrobieller Biofilm-Konsortien in porösen Kunststoffstrukturen, insbesondere in recyceltem PET. Durch die Nutzung der synergistischen Effekte der biofilmbildenden photoautotrophen und methanotrophen Stämme soll auf effiziente Weise eine hohe Biomasse für nachhaltige Proteinersatzstoffe in Lebens- und Futtermitteln erzeugt werden.

Wie kann das gelingen?

Durch den Einbau von Biofilmen gemischter Spezies in poröse Materialien können wir Treibhausgase wie Kohlendioxid und Methan – wie sie in Biogasanlagen entstehen – binden und in wertvolle mikrobielle Proteine umwandeln, um den Wirtschaftskreislauf zu schließen. Dieser auf HLMs basierende Prozess bietet eine nachhaltige Alternative zu fossilen Rohstoffen und trägt sowohl Umweltbelangen als auch der wachsenden Nachfrage nach Proteinen Rechnung. Derzeit haben wir HLM-basierte Photobioreaktoren im Labormaßstab entwickelt (Technology Readiness Level 3), die täglich mehrere Gramm Biomasse produzieren können.

Wie geht es mit dieser Technologie weiter?

Der nächste Meilenstein ist die Skalierung auf ein Kilogramm Biomasse pro Tag. Mit Unterstützung von SMILE, der Gründungsinitiative an der Universität Leipzig, erforscht das Team zukünftige Anwendungen und Kommerzialisierungsstrategien. Die Gründung eines Start-ups in diesem frühen Stadium wäre zwar ehrgeizig, ist aber ein möglicher nächster Schritt. Dieses interdisziplinäre Projekt zeigt, wie wissenschaftliche Innovation sinnvolle Veränderungen bewirken kann, indem sie die heutigen Umweltprobleme in Lösungen für eine nachhaltige Zukunft verwandelt.

Hintergrund b-ACTmatter:

Das Forschungs- und Transferzentrum für bioaktive Materie b-ACTmatter wurde 2021 gegründet und mit Unterstützung des Bundesprogramms STARK und des Freistaates Sachsen etabliert. Das Zentrum für bioaktive Materie entwickelt umweltfreundliche Materialien und Technologien auf Basis biologischer Ressourcen. REPLACER ist Teil von „M-ERA.NET Call 2022“, einem von der Europäischen Union geförderten Netzwerk, das 2012 gegründet wurde, um die Bereiche Materialforschung und Materialtechnologien durch nationale und regionale Förderorganisationen, unter anderem den Freistaat Sachsen, gemeinsam zu fördern. Mit Partnern wie dem Biotechnologisch-Biomedizinisches Zentrum (BBZ) der Universität Leipzig plant b-ACTmatter die Gründung eines Venture Labs, um Innovationen gezielt in die Wirtschaft zu bringen.

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