Nutzung von mikrobiell hergestellter Poly-y-glutaminsäure (y-PGA) zur Erzeugung biologisch verwertbarer Superabsorber mit dem Ziel einer zirkulären Materialverwertung von Einweghygieneartikeln

Stipendiatin/Stipendiat: Frederik Völker

Als superabsorbierende Polymere (SAP) werden dreidimensionale Polymernetzwerke beschrieben, die Flüssigkeiten bis zu einem Vielfachen Ihres Eigentrockengewichts binden und auch unter physikalischer Belastung nicht freisetzen. Bedingt durch diese besonderen Materialeigenschaften finden SAPs heute Anwendung in zahlreichen Bereichen, unter anderem in Einweghygieneartikeln.

Durch hohe Geburtenraten, zunehmende Urbanisierung und verbesserte Zugänglichkeit zu Hygieneartikeln steigt die Nachfrage nach eben solchen Wegwerfprodukten stetig. Jedoch stehen bislang nur wenige Technologien zur effizienten Wiederverwertung dieser zur Verfügung, weswegen sie meist in Müllverbrennungsanlagen unter erheblichem CO2 Ausstoß (380 kg CO2/Tonne Windelmaterial) vernichtet werden.

Eine mögliche Alternative bilden natürliche SAPs auf Polypeptidbasis, die biologisch abbaubar und in großem Maßstab verfügbar sind. Die von verschiedenen Mikroorganismen des Genus Bacillus gebildete Polyaminosäure Poly-γ-glutaminsäure (γ-PGA) bildet die Basis zur Herstellung eines solchen natürlichen Polymernetzwerks. Hierbei lassen sich in Abhängigkeit verschiedener Parameter sowohl das Molekulargewicht, als auch die Enantiomerverteilung zwischen D-, und L-Glutamat innerhalb des Polymers variieren und damit verschiedene Produkteigenschaften erzielen.

Ziel des dargestellten Projekts ist schließlich die Untersuchung und Etablierung einer Kreislaufwirtschaft verschiedener γ-PGA Polymernetzwerke im Kontext einer Vollverwertbarkeit von Einweghygieneartikeln. Zentrale Aspekte dieses Kreislaufs schließen die mikrobielle Produktion des linearen γ-PGA Polymerrückrads, den Aufbau des Polymernetzwerks durch Quervernetzung, den enzymatischen Abbau des SAPs und die Nutzung der Abbauprodukte in der Neusynthese der Produktkomponenten ein. 

Aktueller Forschungsschwerpunkt ist die Optimierung des bakteriellen metabolischen Netzwerkes zur Produktion der Polyaminosäure in Hinblick auf die Vermeidung unerwünschter Nebenprodukte und die Zufütterung verschiedener Produktionsintermediate zur Prozessbeschleunigung. 

Förderzeitraum:
01.09.2021 - 31.08.2024

Institut:
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule RWTH Aachen Lehrstuhl für Angewandte Mikrobiologie

Betreuer:
Prof. Dr. Lars M. Blank

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