Der Druck, Lösungen zu finden Öl in der Kunststoffindustrie ersetzen kann, hat dazu geführt, dass mehrere Forschungsgruppen begonnen haben, innovative biologische Wege zu untersuchen. Diese Strategien zielen darauf ab, die Umweltverschmutzung und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern sauberere und effizientere Industrieprozesse zu gewährleisten.
Zu den untersuchten Ansätzen gehören Bioproduktionstechnologien, die Bakterien, Enzyme und spezifische Nährstoffe kombinieren, um Verbindungen mit kunststoffähnlichen Eigenschaften herzustellen. Die Einführung dieser Methoden erfordert Änderungen in der Produktionskette und den Methoden nachhaltige Materialproduktion.
Welches Material kann Öl in der Kunststoffproduktion ersetzen?
Das von japanischen Forschern entwickelte Material ist Pyridindicarbonsäure (PDCA)eine Verbindung, die Öl in der Kunststoffherstellung ersetzen kann. Das wird es aus Bakterien und Enzymen gewonnen, die Nährstoffe wie Glukose in ein biologisch abbaubares Monomer umwandeln.
Seine chemische Struktur, basierend auf einem Pyridinring mit zwei Carboxylgruppen, ermöglicht dies die bei der Herstellung von PET aus Erdöl gewonnenen Monomere ohne große Mengen Giftmüll zu erzeugen.
PDCA zeichnet sich durch seine Fähigkeit aus, sich umweltfreundlicher als herkömmliche Polymere in industrielle Prozesse zu integrieren, obwohl seine großtechnische Produktion bisher durch geringe Produktivität und umweltschädliche Nebenprodukte begrenzt war.
Die Rolle der Biotechnologie bei dieser japanischen Entdeckung
Forschern der Universität Kobe ist es gelungen, PDCA mithilfe von zu synthetisieren Escherichia coli und die Produktivität im Vergleich zu früheren Methoden um das Siebenfache steigern. Einige der verwendeten biotechnologischen Verfahren waren wie folgt:
- Die Bakterien ernährten sich von Glukose und wurden durch spezifische Enzyme verstärkt.
- Durch diesen Prozess wurde die Entstehung giftiger Abfälle deutlich reduziert.
- Über den Zellstoffwechsel wird Stickstoff eingebracht und die Verbindung vom Anfang bis zum Ende hergestellt.
Der für das Projekt verantwortliche Bioingenieur Tsutomu Tanaka erklärte: „Wir wollen den Zellstoffwechsel nutzen, um die Verbindung herzustellen, ohne dass unerwünschte Nebenprodukte entstehen.“
Dieser Ansatz bestätigt, dass die biologische Produktion wirksame Alternativen zum Ersatz von Erdöl in der Kunststoffindustrie darstellen kann.
Technische Lösungen für Produktionsprobleme
Bei ersten Tests entstand ein schädliches Nebenprodukt, das die Stabilität des Prozesses beeinträchtigte. Um dieses Problem zu lösen, führten Wissenschaftler die folgenden Verfahren ein:
- Der Kultur wurde Pyruvat zugesetzt.
- Die Wachstumsbedingungen für Bakterien wurden angepasst.
- Es wurden Verbindungen hinzugefügt, die das entstehende Wasserstoffperoxid neutralisieren.
Obwohl diese Maßnahmen die Produktion stabilisiert haben, bestehen weiterhin Zweifel an ihrer kommerziellen Realisierbarkeit im großen Maßstab, was ein zentrales Problem für den Masseneinsatz von PDCA in der Industrie darstellt.
Anwendung von PDCA und wie es Öl ersetzen kann
Pyridindicarbonsäure gehört zur Familie der heterozyklischen Verbindungen, die vielfältige Anwendungen in der Forschung und chemischen Synthese finden:
- Dipicolinsäure (Pyridin-2,6-dicarbonsäure): ein hitzebeständiger Chelatbildner für Metalle wie Chrom, Zink und Kupfer.
- Dinicotinsäure (Pyridin-3,5-dicarbonsäure): ein Zwischenprodukt in der pharmazeutischen und organischen Synthese.
- 2,4-Pyridindicarbonsäure: wird in der Entdeckung neuer Medikamente und in der Antimetastasenforschung eingesetzt.
Im Fall von PDCA besteht seine Hauptanwendung in der Industrie darin, aus Erdöl gewonnene Monomere bei der Herstellung von PET zu ersetzen und so die Umweltbelastung zu verringern und die Menge an umweltschädlichem Abfall zu reduzieren.
Die Entdeckung von PDCA macht die biologische Produktion zu einer zuverlässigen Alternative zur Verwendung von Erdölprodukten. Seine Einführung in die Kunststoffindustrie wird Folgendes ermöglichen:
- Herstellung haltbarerer und umweltfreundlicherer Kunststoffe.
- Reduzierung der Menge an Giftmüll, die bei der traditionellen Herstellung entsteht.
- Optimierung industrieller Prozesse durch kontrollierte Stoffwechselwege.
Obwohl für die Produktion im großen Maßstab noch technische und wirtschaftliche Verbesserungen erforderlich sind, stellt Pyridindicarbonsäure einen erheblichen Fortschritt bei der Suche nach Alternativen dar, die Erdöl ersetzen und die globale Plastikverschmutzung verringern können.
