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\u00c3\u00a4glichen 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\u00c3\u00a4hrlich auf der Welt produziert werden, sind mehr als ein Drittel Verpackungen. Polyethylenterephthalat (PET), als bekanntester Polyester, wird in diesem Industriezweig am h\u00c3\u00a4ufigsten verwendet. Vor allem die PET-Flasche ist aufgrund ihrer Leichtigkeit und Bruchfestigkeit sehr beliebt und hat die Glasflasche fast vollst\u00c3\u00a4ndig abgel\u00c3\u00b6st. Allein in Deutschland werden j\u00c3\u00a4hrlich etwa 25 Milliarden PET-Flaschen produziert, weltweit sind es nach Angaben der Experten um die 500 Milliarden (2010).
Ein gro\u00c3\u0178es Problem der Verpackungsmaterialien aus Kunststoff ist die kurze Nutzungsdauer die im Widerspruch zu der Langzeitstabilit\u00c3\u00a4t steht. Aufgrund ihrer chemischen Beschaffenheit weisen sie eine hohe Resistenz gegen einen Abbau unter nat\u00c3\u00bcrlichen Umweltbedingungen auf. Als Folge werden j\u00c3\u00a4hrlich Millionen Tonnen Kunststoffabf\u00c3\u00a4lle produziert. Um diese Mengen zu bew\u00c3\u00a4ltigen, sind Recyclingverfahren zwar vorhanden, aber meist mit enormen Kosten und umweltbelastenden Folgen behaftet. Verfahren, wie die Wiederverwertung von PET-Abf\u00c3\u00a4llen in Form von aus den Abf\u00c3\u00a4llen gewonnenen Granulaten, welche dem Originalkunststoff w\u00c3\u00a4hrend der Formverfahren zugesetzt werden, l\u00c3\u00b6sen das Abfallproblem nicht. Auch das chemische Recycling stellt mit seinen hohen Energiekosten und Bedarf an umweltsch\u00c3\u00a4dlichen Chemikalien eine gro\u00c3\u0178e Belastung f\u00c3\u00bcr die Umwelt dar. Die M\u00c3\u00bcllverbrennung mit seinen Emissionsproblemen und die Deponierung sind aufgrund von immer knapper werdenden Lagerfl\u00c3\u00a4chen ebenfalls keine nachhaltige L\u00c3\u00b6sung. Begrenzte Vorr\u00c3\u00a4te an fossilen Rohstoffen, die f\u00c3\u00bcr die Produktion von Kunststoffen unabdingbar sind, und der stetig wachsenden Kunststoffverbrauch der Industrie machen eine Wiederverwertung der gebrauchten Produkte zwangsl\u00c3\u00a4ufig 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\u00c3\u00a4ndig biokatalytisch abzubauen, wird dazu rekombinant mit einem Escherichia coli Stamm produziert und in einem zweistufigen chromatographischen Downstream-Verfahren aufgereinigt. Mit dem Enzym erfolgen anschlie\u00c3\u0178end Abbauversuche, die die Parameter f\u00c3\u00bcr den hydrolytischen Abbau untersuchen und optimieren sollen. Anschlie\u00c3\u0178end wird durch Abbauuntersuchungen mit TfCut2-Varianten unterschiedlicher Temperaturstabilit\u00c3\u00a4t eine Cutinase mit effizientem Abbau selektiert. F\u00c3\u00bcr die Abbauprodukte des enzymatisch recycelten PET-Materials soll ein Aufarbeitungsverfahren entwickelt werden, dass es erm\u00c3\u00b6glicht, die gewonnenen Monomere f\u00c3\u00bcr eine erneute PET-Produktion zu verwenden.
Die Ergebnisse werden abschlie\u00c3\u0178end in einem kompletten Verfahren zusammengefasst, das als Vorlage f\u00c3\u00bcr eine industrielle Nutzung dienen soll. Dieser Modellprozess k\u00c3\u00b6nnte den Recycling-Kreislauf von PET vollst\u00c3\u00a4ndig schlie\u00c3\u0178en, die kostbaren fossilen Rohstoffe unserer Erde sch\u00c3\u00bctzen und gleichzeitig die umweltbelastenden Probleme der chemischen und thermischen Verfahren vermeiden.
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