Polyhydroxyalkanoate

Polyhydroxyalkanoate sind biologisch abbaubare Polyester, welche das Potential haben herkömmliche, petrochemische Kunststoffe wie Polyethylen in vielen Anwendungen zu ersetzen.

Wie bei Hydroxyfettsäurestern zu erwarten, eignen sich eine Vielzahl von organischen Säuren zu Herstellung von PHAs. Da diese unter anderem als Abbauprodukte von Biomüll und Abwässern auftreten, eignen sich PHA Prozesse optimal um aus Reststoffen Rohstoffe zu gewinnen [1, 2].

Klassische Produzenten sind hierbei das Bakterium Cupriavidus necator oder Pseudomonas sp.. Aber auch ausgefallen Vertreter wie Archaeen, phototrophe Bakterien und Mikro-Algen besitzen die Fähigkeit diesen faszinierenden Rohstoff als Kohlenstoffspeicher anzureichern [3].

Durch eine Vielzahl an verschiedenen Produktionsorganismen und Polymerzusammensetzungen lassen sich eine große Bandbreite an Ausgangsstoffen und Eigenschaftprofilen des Produkts nutzen.
Da es sich bei PHAs um eine gesamte Stoffklasse handelt, werden diese in drei große Gruppen unterteilt, die short-chain-length PHAs (scL-PHAs), mit 4-5 Kohlenstoffatomen pro Monomereinheit, die middle-chain-length PHAs (mcl-PHA), mit 6-14 Kohlenstoffatomen und den long-chain-length PHAs (lcl-PHA) für längere Monomereinheiten. Die Flexibilität, Schmelztemperatur und weitere Eigenschaften hängen hierbei von der Länge der Kohlenstoffkette des PHA-Monomers ab [4, 5].

Neben dem Grundpolymer Polyhydroxybutyrat (PHB) liegt der Fokus am IGVP vor allem auf der Entwicklung von Co-Polymeren mit erhöhtem Hydroxyvalerat-Anteil.
Das Polyhydroxybutyrat-Co-Hydroxyvalerat (PHBV) ist durch seine heterogene Komposition weniger kristallin als das PHB-Homopolymer, was ihm eine erhöhte Flexibilität verleiht. Das Eigenschaftsprofil des Bioplastiks kann hierbei über den Anteil der Co-Polymereinheiten angepasst werden [6].

Außerdem arbeiten die Institute an der Fermentation mit hoher Zelldichte und der Optimierung der Substratzufuhr, um die PHA-Produktion zu steigern.

1. Tamang, P., et al., Comparative study of polyhydroxyalkanoates production from acidified and anaerobically treated brewery wastewater using enriched mixed microbial culture. J Environ Sci (China), 2019. 78: p. 137-146.
2. Yun, J.H., S.S. Sawant, and B.S. Kim, Production of polyhydroxyalkanoates by Ralstonia eutropha from volatile fatty acids. KOREAN JOURNAL OF CHEMICAL ENGINEERING, 2013. 30(12): p. 2223-2227.
3. Alves, A.A., et al., Polyhydroxyalkanoates: a review of microbial production and technology application. International journal of environmental science and technology, 2022.
4. Reddy, V.U.N., et al., Review of the Developments of Bacterial Medium-Chain-Length Polyhydroxyalkanoates (mcl-PHAs). Bioengineering (Basel), 2022. 9(5).
5. Andreessen, B., N. Taylor, and A. Steinbüchel, Poly(3-hydroxypropionate): a promising alternative to fossil fuel-based materials. Appl Environ Microbiol, 2014. 80(21): p. 6574-82.
6. Zhila, N.O., et al., Biosynthesis and Properties of a P(3HB-co-3HV-co-4HV) Produced by Cupriavidus necator B-10646. POLYMERS, 2022. 14(19).

• Mustermengenproduktion von PHAs aus nachwachsendem Rohstoff
• Evaluation der Verwertungsmöglichkeit von organischen Restströmen
• Entwicklung von Co-Polymeren mit verschiedene monomer Anteil
• Scale-up und Prozessentwicklung