Стремление потребителя к экологически чистым продуктам также увеличивает спрос на органический пластик, например, одноразовые стаканчики, пакеты или мешки для мусора. Проект «БиоЭлектроПласт», координируемый Группой прикладной биологии, возглавляемой профессором Йоханнесом Гешером из Института прикладных биологических наук (IAB) KIT, фокусируется на методе производства органических пластиков с минимальным потреблением ресурсов и низкими затратами. Кроме того, «БиоЭлектроПласт» нацелен на использование двуокиси углерода (CO2) парникового газа в качестве недорогого и общедоступного сырья в цепочке добавленной стоимости и для применения возобновляемой энергии.
Для этого ученые используют относительно новую технологию — микробный электросинтез. Около шести лет назад исследователи из США впервые описали, как определенные микроорганизмы растут на катоде, связывают CO2 и используют катод как единственный источник энергии и электронов. Напротив, химический процесс требует высоких давлений и температур и, следовательно, больших затрат энергии, а также дорогих катализаторов. До сих пор микробный электросинтез использовался в основном для получения ацетатов — солей уксусной кислоты. «Мы оптимизировали процесс, чтобы микроорганизмы получали больше энергии для производства молекул более высокой сложности, например, полимеров», — поясняет Йоханнес Эберхард Райнер из IAB. «Мы смешиваем CO2 с воздухом.
Затем микроорганизмы используют кислород в качестве акцептора электронов. Это очень похоже на человеческое дыхание, где кислород также служит акцептором электронов.
Однако у людей электроны приходят не с катода, а высвобождаются при метаболизме нашей пищи в клетках. Затем они передаются в кислород для производства энергии ».В качестве биокатализатора исследователи используют недавно выделенный микроорганизм, который постоянно самовосстанавливается. Дымовой газ используется в качестве источника CO2.
В результате концентрация этого парникового газа снижается, и другие источники органического углерода, которые обычно используются в качестве биотехнологических субстратов, такие как сельскохозяйственная продукция, больше не требуются. Исключается конкуренция с производством продуктов питания и кормов.
Электроэнергия, необходимая для процесса «Био-ЭлектроПласт», основана на регенеративных источниках.Федеральное министерство образования и науки (BMBF) финансирует проект «БиоЭлектроПласт» в рамках своей инициативы «CO2Plus — Материальное использование CO2 для расширения сырьевой базы». «БиоЭлектроПлюс» стартовал в сентябре этого года и рассчитан на три года. Помимо IAB, партнерами проекта KIT являются кафедра химии воды и водных технологий профессора Харальда Хорна в Институте Энглера-Бунте (EBI) и группа «Микробная биоинформатика», возглавляемая доктором Андреасом Дотчем из Института функциональных интерфейсов. (IFG).
Другими партнерами являются Фрайбургский университет и EnBW AG. EnBW участвует в проекте по дальнейшему сокращению выбросов CO2 при сжигании угля в качестве промежуточной технологии. Исследователи планируют испытать свои реакторы непосредственно на угольной электростанции EnBW в Карлсруэ и использовать производимые там выхлопные газы.
Параллельно с проектом «БиоЭлектроПласт» исследователи KIT также изучают превращение диоксида углерода в ценные соединения в рамках финансируемого промышленностью инновационного альянса ZeroCarb FP. Здесь ученые используют выделенные ими альтернативные биокатализаторы, поскольку отраслевые партнеры Sudzucker AG и B.R.A.I.N.
AG определила различные требования к процессу и сосредоточилась на других конечных продуктах.