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22.10.2021

27.01.2021

Proteine aus Raps-Resten als Alternative zu Erdöl

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Wie lassen sich Umwelt und Ressourcen in einer künftigen Wirtschaftsweise bestmöglich schonen? Können in einer Bioökonomie natürlich vorkommende Proteine zu neuen Produkten führen? Welche innovativen Verfahren und Rezepturen bedarf es dazu in der Industrie? Diese Fragen stellte die Innovationsallianz Techno-funktionelle Proteine (TeFuProt) bei ihrer Gründung 2012.

"Viele Unternehmen könnten modifizierte Proteine als Komponenten für innovative Produkte und in ihren Prozessen verwenden", erklärt Dr. Axel Höhling, der Koordinator des Konsortiums. Manche Proteine verbessern etwa die Fließeigenschaften von Farben, andere eignen sich als Schaumbildner oder binden Öl und Wasser.

Darauf aufbauend wollte die Allianz zunächst erdölbasierte chemische Inhaltsstoffe durch Proteine ersetzen. In Folge entwickelten sie neue innovative Produkte, wie biologisch abbaubare Folien für die Verpackungsindustrie oder die Landwirtschaft.

Sehenswerte Bilanz vorgestellt

Zum Abschluss des Projektes Ende 2020, nach Jahren erfolgreicher gemeinsamer Forschungs- und Entwicklungsarbeit, präsentierten die Kooperationspartner ihre sehenswerte Bilanz. Als natürliche Proteinquelle hatte sich die Allianz auf Reststoffe aus der Rapsöl-Gewinnung fokussiert. Allein in Deutschland fallen jährlich mehr als fünf Millionen Tonnen Raps-Schrot und Raps-Presskuchen an. Diese proteinhaltigen Reste enthalten Bitterstoffe und sind deshalb nur begrenzt als Tierfutter geeignet. Für die menschliche Ernährung scheiden sie gänzlich aus. Ihre Nutzung als Proteinquelle für eine stärker biobasierte industrielle Produktionsweise konkurriert also nicht mit der Erzeugung von Nahrungsmitteln - ein wichtiges Prinzip der deutschen Bioökonomiestrategie.

Keine Konkurrenz zur Nahrungsmittel-Erzeugung

Seit 2014 arbeiteten insgesamt 15 Unternehmen, zwei Hochschulen und ein Fraunhofer-Institut mit dem Ziel zusammen, aus Raps-Resten ein biologisches Vorprodukt zu gewinnen und daraus unterschiedliche technische Endprodukte, Vorkomponenten oder Additive zu entwickeln. Die Kooperation hat bisher zu sieben möglichen Produkten oder Produktgruppen mit positiver Ökobilanz geführt. Derzeit werden Hersteller gesucht, erklärt Projektkoordinator Höhling. Zu den innovativen biobasierten Produkten zählen

  • bioabbaubare Folien, als Verpackungsmaterial etwa für Waschmittelportionen oder als Pflanzfolien,
  • Faserplatten aus Produktionsresten,
  • Bindemittel mit Rapsprotein modifiziert,
  • Flammstabile Isolierschäume für die Bauwirtschaft oder Formschaum für Verpackungen,
  • Faserschutz und Farbübertragungsinhibitoren in Öko-Waschmitteln,
  • Komponenten in Bindemitteln,
  • Additive in Universalreinigern für Holzoberflächen,
  • Verdickerkomponenten für Schmierstoffe oder Binder für Gleitlacke.
Die nach der Proteingewinnung verbleibenden Reststoffe dienen in den oben genannten Faserplatten oder in biologisch abbaubaren Pflanzgefäßen als Füllstoffe. Daher weisen Vorprodukte und Endprodukte eine positive Ökobilanz auf, denn im Gesamtprozess fallen keine Produktionsreste an. Zudem optimierten die Entwickler das Gewinnungsverfahren und erreichten eine neuartige Qualität der Endprodukte.

Die Allianz verpflichtete sich von Anfang an dem Ziel, nicht nur zu einer stärker biobasierten, sondern auch zu einer zirkulären Produktionsweise beizutragen. Daher betrachtete sie auch den sogenannten ökologischen Fußabdruck der Entwicklungen. Eine begleitende Studie zeigte, dass die Ökobilanz für die stofflich-industrielle Nutzung von Raps-Proteinen im Vergleich mit der Nutzung von tierischen Proteinen erwartungsgemäß besser abschneidet. Dies galt indes auch im Vergleich mit pflanzlichen Soja- oder Sonnenblumen-Proteinen, etwa in Hinblick auf Klimaeffekte oder den Land- und Wasserverbrauch.

Es geht nicht ohne weiteres, Erdöl zu ersetzen

Die erste Herausforderung war es, die Proteine möglichst effektiv und anwendungsgerecht aus den Raps-Resten zu gewinnen, berichtet Höhling. "Eine wichtige Frage an die kooperierenden Unternehmen zu Beginn war: Welche Struktur und Eigenschaften müssen die Proteine besitzen, damit sie in ihre aktuellen oder künftigen Prozesse und Produkte passen?"

Jahrelange Forschungs- und Entwicklungsarbeiten der Kooperationspartner folgten. Höhling, Geschäftsführender Gesellschafter der ANiMOX GmbH in Berlin, betont: "Es gelingt eben nicht ohne weiteres, Erdöl zu ersetzen." Die Forscher seines Unternehmens und des Fraunhofer- IVV in Freising modifizierten die gewonnenen Raps-Proteine und statteten sie mit neuen, techno-funktionellen Eigenschaften aus. So konnten sie als Grund- oder Zusatzstoffe in den vielfältigen technischen Produkten der Kooperationspartner verwendet werden.

Arbeit folgt der Bioökonomiestrategie der Bundesregierung

Die an TeFuProt beteiligten Unternehmen kamen aus so unterschiedlichen Branchen wie der Kunststoff-, der Pigment-, der Lack-, der Papier-, der Bohröl-, der Schmierstoff-, der Bindemittel- und der Reinigungsmittelindustrie. In einigen dieser Bereiche hat die Anwendung biologischen Wissens zum Teil eine lange, vorindustrielle Tradition - diese ist aber in den letzten hundert Jahren der Kohle- und Erdölchemie oftmals verloren gegangen und wird jetzt wiedergewonnen.

Die von der Allianz geleistete Arbeit folgt der Bioökonomiestrategie der Bundesregierung: In allen wirtschaftlichen Sektoren soll die Erzeugung, Erschließung und Nutzung biologischer Ressourcen, Prozesse und Systeme dazu dienen, Produkte, Verfahren und Dienstleistungen für ein zukunftsfähiges Wirtschaftssystem bereitzustellen. Die Bioökonomie birgt das Potenzial für nachhaltige Lösungen, die Ressourcen schonen und gleichzeitig Wohlstand schaffen.

» Mehr über TeFuProt

Quelle: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)