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Projekt „Fermentative Produktion von Bernsteinsäure“ gestartet

Bernsteinsäure könnte ein wichtiger Basisstoff für die Kunststoffindustrie werden, wenn es gelingt, sie biotechnologisch kostengünstig herzustellen. Im Cluster Biopolymere/Biowerkstoffe wurde ein entsprechendes Förderprojekt unter Leitung der BASF SE beantragt. Jetzt kam der Zuwendungsbescheid vom Bundesministerium für Bildung und Forschung. Ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu hochqualitativen Kunststoffen, die sowohl biobasiert als auch biologisch abbaubar sind.

Bernsteinsäure gilt als Hoffnungsträger unter den Molekülen der organischen Chemie. Im Jahr 2004 hat das Department of Energy der USA die Bernsteinsäure als eine von zwölf so genannten Plattformchemikalien identifiziert, die biotechnologisch hergestellt werden können – eine Art Ritterschlag für industrielle Moleküle. Unter diesen zwölf Ausgewählten, gilt Bernsteinsäure als die Verbindung mit dem größten Potenzial. Plattformchemikalie bedeutet, dass aus diesen Verbindungen eine Vielzahl technologisch relevanter Stoffe abgeleitet werden können. Eine Ableitung der Bernsteinsäure ist zum Beispiel das strukturell eng verwandte und in großen Mengen hergestellte 1,4-Butandiol. Kostengünstige Bernsteinsäure hat derzeit sein größtes Potenzial als neues Basismolekül in der Kunststoffindustrie, die daraus neuartige, biologisch abbaubare Polyester synthetisieren kann. Bisher produzierte Bernsteinsäure ist ausschließlich fossilen Ursprungs und auf diesem Wege zu teuer für solche Anwendungen.

Basisstoff Bernsteinsäure

Biotechniker Franz Gwiazdowski kontrolliert eine laufende Fermentation im 5000-Liter-Fermenter im Biotechnikum. © Pressefoto BASF

Bernsteinsäure, ein Zwischenprodukt im Stoffwechsel vieler Organismen, könnte eine interessante Alternative zur erdölbasierten Herstellung dieses Basisstoffes sein. Neue biotechnologische Verfahren könnten den Reiz des Biomoleküls erheblich steigern, wenn sie wirtschaftlicher als herkömmliche Verfahren sind. Es gibt bereits Möglichkeiten, Bernsteinsäure mit Mikroorganismen wie Escherichia coli oder Hefepilzen zu synthetisieren, obgleich diese Verfahren aktuell noch sehr teuer sind.

Mit dem Projekt „Herstellung von Polyestern auf Basis fermentativ hergestellter Bernsteinsäure“ verfolgt der Cluster Biopolymere/Biowerkstoffe das Ziel, marktfähige Kunststoffe wirtschaftlich herzustellen und dabei die Basischemikalie Bernsteinsäure auf biotechnologischem Wege kostengünstig zu produzieren. Damit wäre der Weg frei für Kunststoffe, die einerseits auf biotechnologischen Prozessen basieren, und andererseits biologisch abbaubar sind.

Der Wertschöpfungskette entlang

Die BASF SE, die das Projekt leitet, verfügt über einen viel versprechenden mikrobiellen Produktionsstamm, der im Vergleich zu anderen Organismen besonders hohe Ausbeuten an Bernsteinsäure ermöglicht. Durch gentechnische Modifikationen und Anpassung der bioverfahrenstechnischen Parameter soll die Ausbeute weiter gesteigert und die erforderliche hohe Reinheit des Produkts zugleich gesichert werden.

Auch nachgelagerte Positionen der Wertschöpfungskette, wie zum Beispiel die chemische Umwandlung von Bernsteinsäure in 1,4-Butandiol oder die Produktion von marktfähigen Kunststoffen werden im Projekt berücksichtigt. Solche Kunststoffe eignen sich auf Grund ihrer hohen mechanischen Belastbarkeit und Thermostabilität, welche oftmals mit der Eigenschaft der biologischen Abbaubarkeit verbunden sind, besonders für robuste Verbrauchsmaterialien. Weitere Partnerfirmen zur Evaluation dieser Kunststoffe werden im Rahmen des Projektes gesucht.

Gute Marktchancen

Im Vergleich zu Butandiol ist der Weltmarkt für Bernsteinsäure zurzeit noch verschwindend gering. Nach aktuellen Schätzungen werden weltweit pro Jahr zirka 25.000 Tonnen Bernsteinsäure produziert, der Markt wächst jedes Jahr um etwa zehn Prozent. Würde die Bernsteinsäure aufgrund neuer biotechnologischer Produktionsverfahren zu einem attraktiven Ausgangsstoff für die Butandiolherstellung, könnte sich ein enormes Marktpotenzial ergeben: Gut 900.000 Tonnen erdölbasiertes 1,4-Butandiol stellt die chemische Industrie pro Jahr her, ein Großteil davon fließt in die Produktion von etwa 2,3 Millionen Tonnen Kunststoff. Das gesamte Marktvolumen der von 1,4-Butandiol abhängigen Produkte wird auf über fünf Milliarden Euro geschätzt.

Seiten-Adresse: https://www.biooekonomie-bw.de/fachbeitrag/aktuell/projekt-fermentative-produktion-von-bernsteinsaeure-gestartet