Biokatalytisches PET-Recycling<\/p>\n
Kunststoffe haben seit der industriellen Produktion zu Beginn der vierziger Jahre des letzten Jahrhunderts in nahezu allen Bereichen unseres t\u00e4glichen Lebens Einzug gefunden. Besonders in der Verpackungsindustrie sind sie aufgrund ihrer hervorragenden Verarbeitungs- und Materialeigenschaften ein bevorzugtes Material. Von den ca. 260 Millionen Tonnen Kunststoffprodukten, die j\u00e4hrlich auf der Welt produziert werden, sind mehr als ein Drittel Verpackungen. Polyethylenterephthalat (PET), als bekanntester Polyester, wird in diesem Industriezweig am h\u00e4ufigsten verwendet. Vor allem die PET-Flasche ist aufgrund ihrer Leichtigkeit und Bruchfestigkeit sehr beliebt und hat die Glasflasche fast vollst\u00e4ndig abgel\u00f6st. Allein in Deutschland werden j\u00e4hrlich etwa 25 Milliarden PET-Flaschen produziert, weltweit sind es nach Angaben der Experten um die 500 Milliarden (2010).
Ein gro\u00dfes Problem der Verpackungsmaterialien aus Kunststoff ist die kurze Nutzungsdauer die im Widerspruch zu der Langzeitstabilit\u00e4t steht. Aufgrund ihrer chemischen Beschaffenheit weisen sie eine hohe Resistenz gegen einen Abbau unter nat\u00fcrlichen Umweltbedingungen auf. Als Folge werden j\u00e4hrlich Millionen Tonnen Kunststoffabf\u00e4lle produziert. Um diese Mengen zu bew\u00e4ltigen, sind Recyclingverfahren zwar vorhanden, aber meist mit enormen Kosten und umweltbelastenden Folgen behaftet. Verfahren, wie die Wiederverwertung von PET-Abf\u00e4llen in Form von aus den Abf\u00e4llen gewonnenen Granulaten, welche dem Originalkunststoff w\u00e4hrend der Formverfahren zugesetzt werden, l\u00f6sen das Abfallproblem nicht. Auch das chemische Recycling stellt mit seinen hohen Energiekosten und Bedarf an umweltsch\u00e4dlichen Chemikalien eine gro\u00dfe Belastung f\u00fcr die Umwelt dar. Die M\u00fcllverbrennung mit seinen Emissionsproblemen und die Deponierung sind aufgrund von immer knapper werdenden Lagerfl\u00e4chen ebenfalls keine nachhaltige L\u00f6sung. Begrenzte Vorr\u00e4te an fossilen Rohstoffen, die f\u00fcr die Produktion von Kunststoffen unabdingbar sind, und der stetig wachsenden Kunststoffverbrauch der Industrie machen eine Wiederverwertung der gebrauchten Produkte zwangsl\u00e4ufig notwendig.
Aus diesem Grund soll in dieser Arbeit ein biokatalytisches Recyclingverfahren mit einer Cutinase aus dem Actinomyceten Thermobifida fusca entwickelt werden, das eine umweltfreundliche Alternative zu den problembehaftenden industriellen Verfahren darstellt. Die Cutinase (TfCut2) die in der Lage ist synthetische Polymere zu depolymerisieren und Polyester vollst\u00e4ndig biokatalytisch abzubauen, wird dazu rekombinant mit einem Escherichia coli Stamm produziert und in einem zweistufigen chromatographischen Downstream-Verfahren aufgereinigt. Mit dem Enzym erfolgen anschlie\u00dfend Abbauversuche, die die Parameter f\u00fcr den hydrolytischen Abbau untersuchen und optimieren sollen. Anschlie\u00dfend wird durch Abbauuntersuchungen mit TfCut2-Varianten unterschiedlicher Temperaturstabilit\u00e4t eine Cutinase mit effizientem Abbau selektiert. F\u00fcr die Abbauprodukte des enzymatisch recycelten PET-Materials soll ein Aufarbeitungsverfahren entwickelt werden, dass es erm\u00f6glicht, die gewonnenen Monomere f\u00fcr eine erneute PET-Produktion zu verwenden.
Die Ergebnisse werden abschlie\u00dfend in einem kompletten Verfahren zusammengefasst, das als Vorlage f\u00fcr eine industrielle Nutzung dienen soll. Dieser Modellprozess k\u00f6nnte den Recycling-Kreislauf von PET vollst\u00e4ndig schlie\u00dfen, die kostbaren fossilen Rohstoffe unserer Erde sch\u00fctzen und gleichzeitig die umweltbelastenden Probleme der chemischen und thermischen Verfahren vermeiden.
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