Enzymatische Celluloseabfallverzuckerung mit Fokus auf Papierhandtuchabfällen: vom Zellstoff zum Stoff für Zellen (Cell2Cell)

Kurzdarstellung:

Menschengemachte Klimakrise und Endlichkeit fossiler Rohstoffe sind die driving forces der Energiewende. Mit dieser einher geht die Rohstoffwende, da der steigende Bedarf an Rohstoffen zum größten Teil ebenfalls aus endlichen fossilen Quellen, insbesondere Erdöl, gedeckt wird und ihre Gewinnung mit immer größerem Energieeinsatz verbunden ist. Ein verantwortlicher Umgang erfordert im zunehmenden Maße die Wiederverwertbarkeit von Produkten und Abfällen durch wirtschaftliche und gesetzliche Rahmenbedingungen für den Einsatz von Recyclingrohstoffen. Grundlage einer nachhaltigen Rohstoffwirtschaft sind technische Lösungen für die Wiederverwertbarkeit von Abfall, sowie organischen Rest- und Nebenprodukten.

Im Fokus des vorgestellten upcycling-Validierungsprojekts steht die stoffliche Nutzung von Cellulosehaltigen Rest- und Abfallstoffen. Diese fallen flächendeckend z.B. in Form von Papierhandtuchabfall an. Cellulose als Hauptfraktion pflanzlicher Biomasse ist dabei als sogenanntes Homopolysaccharid ausschließlich aus dem Einfachzucker Glucose (Traubenzucker) aufgebaut. Derzeit werden Papierhandtuchabfälle mit dem Restmüll verbrannt. Bei der Verbrennung oder Kompostierung wird die Cellulose vollständig mineralisiert unter Freisetzung von sechs CO₂-Molekülen pro Traubenzuckermolekül. Der Abbau des organischen Kohlenstoffs unter Freisetzung von klimaschädlichem CO₂ soll im Projekt unterbunden werden, indem Cellulose enzymatisch durch spezialisierte Enzyme, Cellulasen, bis auf die Ebene des Monosaccharids Glucose gespalten wird. Nach dem Motto „Zucker ist das neue Öl“ ist Glucose ein nahezu universelles Energie- und Wachstumssubstrat für Zellen und Organismen und kann für vielfältige biotechnologische Produktionen eingesetzt werden. Abhängig von den eingesetzten Mikroorganismen sollen Plattformchemikalien wie z.B. Alkohole, organische Säuren oder Biokunststoffe sowie Fein- oder Spezialchemikalien (z.B. Aminosäuren) aus den verzuckerten cellulosehaltigen Rest- und Abfallstoffen hergestellt werden. Durch die enzymatische Hydrolyse von Papierhandtuch- und Zellstoffabfall in die vielseitig nutzbare Plattformchemikalie Glucose wird diese sehr homogen zusammengesetzte Abfallfraktion nahezu vollständig wieder in einen Nutzungs- Kreislauf überführt, bei dem der Kohlenstoff in organischen Verbindungen erhalten bleibt. Dieser Prozess hat dadurch das Potenzial klimaneutral aus Abfall- und Reststoffen den Ausgangsstoff für die biotechnologische Herstellung einer großen Produktvielfalt zu liefern und einen Beitrag zur abfallbasierten Bioökonomie zu leisten.

Das 3N Kompetenzzentrum ist Innovationsmentor im Projekt.