Kunststoff aus Gras

Eine Energiepflanze ist nicht nur ein neuer Hoffnungsträger in Sachen Bio-Sprit, sondern auch für biologisch abbaubaren Kunststoff.

Inzwischen wird auch Umweltpredigern eines immer klarer: Der Einsatz von pflanzlichen Biokraftstoffen kommt mitunter der Austreibung des Teufels mit dem Beelzebub gleich, etwa wenn dafür Urwälder abgeholzt werden. Eine Energiepflanze zeigt, wie es besser gehen kann. Sie ist nicht nur ein neuer Hoffnungsträger in Sachen Bio-Sprit, sondern auch für biologisch abbaubaren Kunststoff.

Die Rede ist von der Rutenhirse Panicum virgatum, besser bekannt unter ihrem englischen Namen Switchgrass. Die Pflanze ist ein in den Ebenen Nordamerikas beheimatetes Präriegras, das sich in den vergangenen Jahren als besonders gut für die Herstellung von Bioethanol erwiesen hat. Jetzt haben Forscher der US-Firma Metabolix in Cambridge für die krautige Pflanze eine weitere Einsatzmöglichkeit entwickelt. Sie soll gentechnisch so verändert werden, dass aus dem Gras direkt ein biologisch abbaubares Polymer gewonnen werden kann. Fast alle gängigen Kunststoffe basieren auf Erdöl und sind nicht biologisch abbaubar. Die Biotech-Firma Metabolix entwickelt nachhaltige Lösungen für die Herstellung von Kunststoffen, Chemikalien und Energie aus Pflanzen, wie etwa Leindotter und Zuckerrohr, aber eben auch Rutenhirse.

Biologisch abbaubare Polymere gehören zwar bereits zum Verkaufsprogramm von Metabolix. Sie werden aber durch Bakterien erzeugt, gefüttert mit pflanzlichem Zucker in teuren und komplizierten Gärbottichen. Metabolix schätzt, dass die neuen, auf Pflanzen basierten Polymere um die Hälfte billiger sein könnten, weil der neuartige Bio-Prozess weniger kostspielige Gerätschaften erfordert. Ohne Umwege von der Pflanze zum Kunststoff – dieser Vision jagt Metabolix' Chef-Wissenschaftler und Vizepräsident Oliver Peoples seit mehr als 20 Jahren nach. Damals entdeckten er und sein Biologie-Kollege Anthony Sinskey am Massachusetts Institute of Technology (MIT) erstaunliche Stoffwechsel-Gene in Bakterien. Sie ermöglichen es den Einzellern, auf natürliche Weise eine Polymersorte namens Polyhydroxyalkanoate (PHA) zu produzieren. Sie können unter anderem zur Herstellung von Spritzgussprodukten wie Elektronikgehäusen verwendet werden. Chemisch aufbereitet, können sie als Bio-Lösungsmittel dienen.

Es dauerte allerdings ein Jahrzehnt, bis es gelang, die Stoffwechselsysteme in den Bakterien derart zu optimieren, dass brauchbare Erträge von PHA zustande kamen. Nun arbeiten sie daran, die Gene in Rutenhirse einzusetzen. Mit Pflanzen ist der Schritt hin zur Herstellung relevanter Mengen noch einmal ungleich schwieriger. "Es ist sehr viel komplizierter und zeitaufwendiger, eine komplexe und langsam wachsende Art wie Rutenhirse zu entwickeln als ein einfaches Bakterium", erklärt Peoples.

Langsam kommen die Metabolix-Forscher ihrem Ziel näher. Zunächst brachten sie die Rutenhirse dazu, einen bestimmten Typ von PHA zu produzieren: die Polyhydroxybuttersäure (PHB). Nun muss es ihnen gelingen, dass die Pflanze das PHB im Gewebe in ausreichender Menge abspeichert.

Zehn Prozent seines Gewichts muss das Gras enthalten. Dann ist das Verfahren so wirtschaftlich wie andere Methoden für bioabbaubare Kunststoffe. Von 1,2 Prozent in 2008 haben die Forscher die Menge auf 2,3 Prozent in 2012 gesteigert. Der Inhalt von PHB in Rutenhirse hat sich somit zwar verdoppelt, das Zehn-Prozent-Ziel ist aber noch lange nicht erreicht.

Ist es so weit, könnten die Pflanzenreaktoren als Biomasse-Energiequelle verbrannt werden, nachdem das PHB für die Produktion von Bio-Plastik extrahiert ist. Da die Pflanze zuvor Kohlendioxid aus der Luft aufgenommen hat, würden dabei deutlich niedrigere CO2-Emissionen entstehen als bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe. Peoples ist daher sicher: "Meine Zielstrebigkeit wird sich am Ende lohnen." (bsc)