Enzyme statt Müllhalde: Biologische Verfahren können beim Recycling helfen

Mit einer weltweiten Jahresproduktion von über 400 Millionen Tonnen stellen Kunststoffe eine immense ökologische und ressourcenökonomische Herausforderung dar. Während enzymatische Depolymerisationsverfahren für Polyethylenterephthalat (PET) bereits praxistaugliche Ansätze zur Rückgewinnung von Monomeren unter milden Prozessbedingungen bieten, fokussieren Forschende der Universität Greifswald um Prof. Dr. Uwe T. Bornscheuer die Erweiterung des biokatalytischen Portfolio auf chemisch widerstandsfähigere Polymerklassen. In zwei Publikationen beleuchtet das Team die Potenziale des Enzym-Engineerings für den Abbau von Polyurethanen (PU) und Polyamiden sowie die analytischen Standards für den zweifelsfreien Nachweis biologischer Abbaureaktionen.

Enzym-Engineering für Polyurethane und Polyamide

Während die enzymatische Spaltung von Esterbindungen in PET etabliert ist, erschwert die hohe chemische Stabilität von Urethan- und Amidbindungen den Abbau von Polyurethanen (PU). Diese sind zu finden in Dämmstoffen, Matratzen und Elastomeren sowie Polyamiden (Nylon). Das Forschungsteam analysiert geeignete Enzymfamilien und zeigt Wege auf, wie mittels gezieltem Protein-Engineering hochaktive Urethanasen entwickelt werden können. Diese Biokatalysatoren sollen eine selektive Bindungsspaltung zur Bereitstellung definierter Grundbausteine für geschlossene Materialkreisläufe ermöglichen.

„Ich bin überzeugt, dass die rasanten Fortschritte auf diesem Gebiet zu robusten und vielseitigen Urethanasen führen werden, die industrielle Prozesse für das effiziente Recycling auch dieser Polymere ermöglichen“, sagt Bornscheuer.

Analytische Validierung und Qualitätsstandards beim biologischen Abbau

Parallel warnt das Team vor fehlerhaften Interpretationseffekten bei der Untersuchung recalcitranter Polymere wie Polyethylen (PE) oder Polyvinylchlorid (PVC). Berichte über mikrobielle oder enzymatische Degradation dieser rein kohlenstoffbasierten Hauptketten basieren häufig auf unzureichend charakterisierten Substraten, fehlenden Negativkontrollen oder Artefakten in der Detektionsanalytik.

„Der biologische Abbau von Kunststoffen ist ein überraschend anspruchsvolles Forschungsgebiet. Es kann relativ einfach sein, ein Signal zu erhalten, das wie ein Abbau aussieht. Schwierig ist es jedoch, nachzuweisen, dass dieses Signal tatsächlich auf die Spaltung des Kunststoffpolymers selbst zurückzuführen ist“, erklärt Prof. Gustav Vaaje-Kolstad.

Zur Elimination von Falsch-Positiv-Befunden formulieren die Forschenden einen detaillierten Kriterienkatalog. Dieser umfasst die exakte physiko-chemische Vorcharakterisierung der Polymerproben, den Einsatz rigider Kontrollgruppen sowie quantitative Massenbilanzen und chromato-spektrometrische Analysen. Nur durch diese methodische Standardisierung lässt sich zweifelsfrei belegen, welche Mikroorganismen und Enzyme tatsächlich in der Lage sind, schwer abbaubare Kunststoffe makromolekular zu spalten und für biotechnologische Recyclingprozesse nutzbar zu machen.

Quelle

Universität Greifswald (10/2026)