Foodtech: Forscher gewinnen Millionenpreis für Nahrung aus Plastikmüll
Kann man das essen? Forscher wollen aus Verpackungsabfällen Lebensmittel herstellen.
Wenn es etwas über Plastikmüll zu berichten gibt, dann selten Gutes: Er landet auf illegalen Deponien in Asien, verschmutzt die Meere und türmt sich dort zu künstlichen Inseln. Nur 14 Prozent des Kunststoffs werden weltweit heute wiederverwertet – und was herauskommt, ist oft von minderwertiger Qualität.
Dabei stecken in Plastikmüll wertvolle Rohstoffe. So sehen das jedenfalls Ting Lu und Stephen Techtmann. Die beiden Forscher aus den USA wollen Plastik nicht etwa nur recyceln, sondern daraus etwas noch Wertvolleres herstellen: Proteine, auf deutsch Eiweiße. „Wir verwandeln Plastik in Lebensmittel“, sagt Lu.
Der Professor für Bioengineering an der University of Illinois Urbana-Champaign begann über neue Wege der Nahrungsmittelproduktion nachzudenken, als er auf einer Reise in Entwicklungsländern Bauern traf, die kaum genug Nahrung zum Leben hatten.
Bisher hält Kunststoff Hunderte Jahre
Techtmann wiederum, Associate Professor für Biowissenschaften an der Michigan Technological University, den Lu von wissenschaftlichen Konferenzen kannte, arbeitete seit Jahren im Labor an Bakterien, die Öl zersetzen sollten, etwa um nach einem Pipelineleck die Umwelt zu reinigen. „Plastik ist auch eine Form von Öl“, sagt Techtmann. Warum also die gefräßigen Bakterien nicht auch auf Kunststoffe ansetzen?
Die beiden Forscher starteten ein gemeinsames Projekt. Der Schlüssel für ihr Vorhaben: Mikroben, wie sie in millionenfachen Variationen in der Natur vorkommen. „Bakterien haben über Millionen von Jahren Wege entwickelt, Material zu zersetzen“, sagt Techtmann, „etwa Zellulose oder Lignin aus Pflanzen.“
An Kunststoffen allerdings beißen sich die Winzlinge noch weitestgehend die sprichwörtlichen Zähne aus. „Plastik ist eine junge Erfindung“, sagt Techtmann. „Es besteht aus anderen Bausteinen als pflanzliche oder tierische Stoffe.“ Darum bleibt Plastikmüll auch im Waldboden oder im Meerwasser Hunderte Jahre bestehen.
Casting der Plastikfresser
Einige Bakterien immerhin können auch bestimmte Polymere zersetzen, wenn auch sehr langsam und unvollständig. Die beiden Forscher haben die vielversprechendsten Einzeller im Plastikfressen gegeneinander antreten lassen, haben ihre Genome studiert, mit neuen biotechnologischen Methoden einzelne Gene verändert.
Die Kandidaten, die aus diesem Casting und Styling herauskamen, erwiesen sich als effiziente Kunststoffverwerter: Binnen Tagen zersetzen sie in Laborgefäßen Plastik, in diesem Fall Polyethylenterephthalat (PET), in seine molekularen Bestandteile – und stellten daraus Proteine und andere Bausteine wie Fettsäuren her. „Das Resultat sieht aus wie brauner Zucker“, sagt Lu. „Aus Abfall machen wir essbares Pulver.“
Ganz allein erledigen die Mikroben diesen Job nicht. Die Forscher setzen auch Chemikalien ein, die den Kunststoff anfangs in kleinere Moleküle zerteilen. Und noch arbeiten die Forscher mit ausgewählten reinen Kunststoffen. „Aber wir kommen dem Tag näher, an dem wir einfach Müll aus dem Abfalleimer in meinem Büro verwerten können“, sagt Techtmann.
Vanillin aus Plastikflaschen
Die Chancen, diese Idee umzusetzen, sind für Lu und Techtmann gerade deutlich gestiegen: Der Darmstädter Chemie- und Pharmakonzern Merck hat die beiden Bakterienbändiger mit dem Future Insight Prize ausgezeichnet, einer jährlichen Auszeichnung für bahnbrechende Technologien. Das Preisgeld: eine Million Euro.
Künftig, so die Vision der Forscher, könnten große Industrieanlagen in Tanks wie beim Bierbrauen spezielle Mikroben mit Plastikmüll füttern – und am Ende Proteinpulver ernten. Das könnte nicht nur Bodybuilder im Fitnessstudio ernähren, sondern zu zahlreichen Lebensmitteln verarbeitet werden, etwa kultiviertem Fleisch aus Pflanzenmaterial.
Als nächstes wollen die Biologen ihre Bakterien noch effizienter machen und den Nährwert ihres Proteinpulvers verbessern. Bis dann daraus ein industrielles Verfahren entstehen könnte, dürften zwar vermutlich noch Jahre vergehen.
Aber Lu und Techtmann stehen mit ihrem Vorhaben in einem wachsenden Forschungsfeld: Kürzlich haben Wissenschaftler der Universität Edinburgh eine Methode vorgestellt, um aus Plastikflaschen Vanillin herzustellen. Auch arbeiten Gründer und Wissenschaftler an Techniken, Proteine mit Hilfe von Mikroben aus Sonnenlicht, Luft und Wasserstoff herzustellen.
Zehn mal mehr Ernte auf gleichem Raum
Forscher unter anderem des Max-Planck-Instituts für molekulare Pflanzenphysiologie in München haben das Potenzial dieser Ansätze neulich in einer Studie untersucht. Ergebnis: Biotechtanks könnten auf der gleichen Fläche zehn mal mehr Proteine herstellen als Sojabohnen auf einem Acker.
Ob Proteine aus Plastik auch so preiswert sein können wie heutige Lebensmittel, wird sich allerdings noch zeigen müssen. Auch konkurriert die Idee mit Ansätzen, aus Plastik Wasserstoff zu gewinnen oder Diesel herzustellen.
Rohstoff gäbe es momentan immerhin zu Genüge: Jedes Jahr stellt die Menschheit 380 Millionen Tonnen Plastik her. Das meiste landet am Ende auf Deponien oder wird verbrannt. Mit biologischen Methoden, sagt Forscher Lu, könnten wir bald daraus sehr viel effizienter und umweltfreundlicher andere Dinge herstellen.
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