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Sep 26, 2023

Innovatoren entwickeln Algen

Algen, ein gebräuchlicher Name für Tausende von Meerespflanzen und Algen, die in verschiedenen Gewässern vorkommen, bieten nicht nur Nahrung und Schutz für Meerestiere, sondern können auch zur Lösung der Plastikverschmutzung beitragen

Algen, ein gebräuchlicher Name für Tausende von Meerespflanzen und Algen, die in verschiedenen Gewässern vorkommen, bieten nicht nur Nahrung und Schutz für Meerestiere, sondern können auch zur Lösung des Problems der Plastikverschmutzung beitragen. Materialforscher der Flinders University in Australien und der deutsche Biomaterialentwickler one·fıve haben ein neues umweltfreundliches Beschichtungsmaterial auf Algenbasis entwickelt, „das herkömmliche Kunststoffbeschichtungen auf fossiler Basis ersetzen soll, die in fettbeständigen Fast-Food-Verpackungen verwendet werden.“

Laut der Medienmitteilung der Flinders University zielt die Initiative darauf ab, die globale Verpackungs- und Kunststoffindustrie zu verändern, indem sie die Abhängigkeit von hochgradig umweltschädlichem konventionellem Kunststoff deutlich reduziert.

Die Verpackungen für die Hamburger, Pommes und Chips, die wir bei Fast-Food-Restaurants bestellen, sind in der Regel mit einer dünnen Kunststoffschicht laminiert, um sie fettbeständig zu machen. Dies stellt jedoch ein Problem im Hinblick auf das Recycling dar, da diese Schicht typischerweise aus synthetischem Polymer besteht, das aus Erdöl gewonnen wird, beispielsweise Polyethylen oder Polypropylen. Dieses ist nicht biologisch abbaubar und zerfällt in kleinere Stücke, sogenannte Mikroplastik.

Die Forscher von one • five und Flinders haben eine Alternative entwickelt: eine Beschichtung auf Algenbasis, die nicht aus synthetischem Polymer besteht. Dies steht im Einklang mit den Zielen der kürzlich vorgeschlagenen Überarbeitungen der EU-Vorschriften für Verpackungen und Verpackungsabfälle. Die Hauptziele der vorgeschlagenen Regeln bestehen darin, die Entstehung von Verpackungsabfällen zu verhindern, ein hochwertiges „geschlossenes“ Recycling zu fördern, den Bedarf an primären natürlichen Ressourcen zu verringern und einen gut funktionierenden Markt für Sekundärrohstoffe zu schaffen, der zunehmen wird die Verwendung von recyceltem Kunststoff.

Damit biologisch abbaubare und kompostierbare Kunststoffe positive Auswirkungen auf die Umwelt haben, müssen eine Reihe von Bedingungen erfüllt sein. Erstens muss die zur Herstellung biobasierter Kunststoffe verwendete Biomasse aus nachhaltigen Quellen stammen. Zweitens muss mit biologisch abbaubaren Kunststoffen vorsichtig umgegangen werden und sie dürfen nicht als Vorwand für Müllabfälle dienen. Schließlich sind industriell kompostierbare Kunststoffe nur für einige Produkte zulässig und sollten nur verwendet werden, wenn sie Vorteile für die Umwelt haben, die Kompostqualität nicht negativ beeinflussen und ein ordnungsgemäßes System zur Sammlung und Behandlung von Bioabfällen vorhanden ist.

Laut Zhongfan Jia, leitender Forscher am Flinders Institute for Nanoscale Science and Technology, verwendet das von ihnen entwickelte Beschichtungsmaterial auf Algenbasis natürliche Polymere anstelle von Produkten auf Basis fossiler Brennstoffe. Im Gegensatz zu synthetischen Polymeren kommen natürliche Polymere in der Natur vor und werden aus Pflanzen oder Tieren gewonnen. Das neue Beschichtungsmaterial wird aus Natriumalginat gewonnen, das aus Braunalgen gewonnen wird und typischerweise als Verdickungsmittel, Geliermittel, Emulgator, Stabilisator und Texturverbesserer verwendet wird.

Wie Jia erklärte, haben Algenextrakte eine ähnliche Struktur wie die Naturfasern, aus denen Papier hergestellt wird. Um die Fett- und Ölbeständigkeit zu verbessern, wurden einfache chemische Modifikationen vorgenommen, um Fast-Food-Artikel über einen bestimmten Zeitraum haltbar zu machen.

„Im Grunde nehmen wir nur einfache Modifikationen vor, behalten aber die biologisch abbaubaren oder biokompatiblen Eigenschaften des Algenpolymers bei, nur um ein paar zusätzliche Eigenschaften zu erhalten“, sagte Jia. „Da dieses Polymer eine sehr ähnliche Struktur wie Bastelpapier hat, ist es potenziell kein Problem, es zu neuem Papier zu recyceln.“

Obwohl die Biomasse für die neue Beschichtungsformulierung aus natürlichen Polymeren besteht, die aus Algen gewonnen werden, die an der Küste Südaustraliens heimisch sind, ist es laut Jia auch für andere Länder möglich, diese Technologie zu übernehmen.

„[Wenn] wir [es] hier extrahieren können, müssen wir die Algen nicht von woanders importieren.“ Das bedeutet aber nicht, dass [Algen von] woanders nicht verwendet werden können“, sagte Jia. „Sie bauen diese Algen an und extrahieren dieses Polymer, denn es hat keinen Sinn, wenn sie keine Anwendung finden.“

In verschiedenen Ländern werden Algen für unterschiedliche Anwendungen verwendet. In Japan, Korea und China werden Algen als Lebensmittel für den menschlichen Verzehr verwendet – frisch, getrocknet oder als Zutat in Fertiggerichten. In Indonesien wird es unter anderem zur Herstellung von Essbechern und Lebensmittelverpackungen verwendet, um das Plastikmüllproblem anzugehen. Es kann auch für industrielle Zwecke verwendet werden, indem Alginat, Agar und Carrageen, die Verdickungs- und Geliermittel, extrahiert werden.

Auf den Philippinen – einem der weltweit führenden Produzenten von Wasserpflanzen – entwickeln Forscher neben vielen anderen Verwendungsmöglichkeiten für Algen bereits neue Lösungen für das Plastikfolienproblem. Seit den 1970er Jahren hat sich der kommerzielle Algenanbau zu einem der wichtigsten Küstenunternehmen der Philippinen entwickelt, das mehr als 200.000 Familien unterstützt. Insbesondere wird es für Carrageenan geschätzt, einen gelatineähnlichen Zusatzstoff, der als Verdickungsmittel und Stabilisator für viele Lebensmittel- und Kosmetikprodukte wie Schlagsahne, Schokoladenmilch und Eiscreme und viele andere verwendet wird.

Im Jahr 2019 sorgte ein Filipino namens Denxybel Montinola für Schlagzeilen, als er eine Biokunststofffolie aus Mango und Algen entwickelte – beides Rohstoffe, die im Land reichlich vorhanden sind. Er stellte seine Erfindung beim DOST-BPI Science Awards-Wettbewerb 2019 vor und war einer der 30 herausragenden College-Studenten, die eine Auszeichnung für ihre wissenschaftliche Forschung und Innovationen erhielten.

„Algen wachsen tatsächlich sehr schnell, sodass wir sie einfach sicher und nachhaltig nutzen können. Heutzutage legen wir großen Wert auf Nachhaltigkeit, deshalb möchten wir wirklich einen Rohstoff verwenden, der der Umwelt nicht schadet, und das sind Meeresalgen“, sagte Montinola gegenüber Mongabay.

Algen sind „Primärproduzenten“, das heißt, sie gewinnen Energie aus Sonnenlicht und notwendige Materialien aus unbelebten Quellen. Sie wachsen schnell, etwa 30-60-mal schneller als Landpflanzen.

Mango, die Nationalfrucht der Philippinen, ist die drittwichtigste Obstpflanze des Landes. Im Jahr 2015 lag das Land beim Export von frischer und getrockneter Mango auf dem siebten Platz.

Wie Montinola erklärte, wird der von ihm entwickelte Biokunststoff durch die Verarbeitung der Rohstoffe hergestellt, um seine Polymere zu extrahieren – Carrageen aus Algen und Pektin aus Mangoschalen. Diese Polymere wurden ohne Verwendung eines Weichmachers kombiniert, einer künstlichen Komponente, die das Material so elastisch wie erdölbasiertes Material macht. Daher ist es biologisch abbaubar.

„In meinem Fall, in meiner Erfindung, löst sich der Biokunststoff, wenn man ihn in Wasser taucht, vollständig in sein Ausgangsmaterial auf, das lediglich aus den Polymeren von Seetang und Mangoschalen besteht. Es verwandelt sich also nicht wirklich in Mikroplastik, wie die herkömmlichen erdölbasierten Kunststoffe“, sagte Montinola.

Laut Montinola nutzt seine Erfindung einen Umweltabfall, da Mangoschalen ein Nebenprodukt der Mangoproduktion sind. Wenn die Produktion von Mango-Algen-Biokunststoffen zu einem Industriezweig wird, kann die Verwendung dieses Biokunststoffs, anstatt ihn verrotten zu lassen, ein zusätzliches Einkommen für Landwirte schaffen.

Ähnlich wie Jia stimmt Montinola zu, dass andere Länder seine Technologie übernehmen können, abhängig von ihrer Fähigkeit, die benötigten Rohstoffe zu produzieren oder zu beschaffen.

„Wenn das Land nicht wirklich Mangos oder Algen produziert, könnten sie es auch mit anderen Rohstoffen versuchen. … Algen sind ein widerstandsfähiges Material, das in tropischen Ländern oder an kalten Orten wachsen kann. Deshalb denke ich, dass es wirklich gut ist, mit Algen als Basis des Biofilms zu beginnen“, sagte Montinola.

Die von der Flinders University und one • five entwickelten Biobeschichtungsmaterialien für Fast-Food-Verpackungen sind auf den kommerziellen Einsatz ausgerichtet. Laut Jia arbeiten sie jedoch immer noch an der Verarbeitung im Labormaßstab, um industriell relevante Mengen der natürlichen Polymerbeschichtung herzustellen.

„Was wir versuchen, ist, hoffentlich ein Produkt zu formulieren, das an die aktuelle Produktionslinie der Branche angepasst werden kann. … Das kann die Kommerzialisierung schneller und billiger machen, weil man keine neue Fabrik bauen muss“, sagte Jia.

Die Forschungsphase sei abgeschlossen und die Idee arbeite im Chemielabor, sagte Jia. Der nächste Schritt besteht also darin, die Sicherheit dieser Beschichtung zu testen, um sicherzustellen, dass sie den Vorschriften für Lebensmittelkontaktmaterialien (FCMs) entspricht. Dabei handelt es sich um Materialien, die vor dem Verzehr mit Lebensmitteln in Kontakt kommen, einschließlich Verpackungen und Behältern. Diese FCMs müssen den Vorschriften entsprechen, um ein hohes Maß an Lebensmittelsicherheit zu gewährleisten.

„Aus Sicherheitsgründen sollten zusätzliche [Vorkehrungen] getroffen werden, um die lokalen Anforderungen verschiedener Länder zu erfüllen – sie haben unterschiedliche Vorschriften für ihre Lebensmittel, daher ist auch zusätzliche Zeit erforderlich, bis dieses Produkt endlich auf den Markt kommt“, sagte Jia.

Auch bei der Biokunststofffolie von Montinola besteht das Ziel darin, sie kommerziell nutzbar zu machen. Auf dem Weg dorthin gibt es jedoch Hindernisse, wie etwa die fehlende Finanzierung und technische Probleme bei der Herstellung des biobasierten Kunststoffs im Vergleich zu herkömmlichen erdölbasierten Kunststoffen.

„Herkömmliche Kunststoffe verwenden Extruder, um Einweg-Plastiktüten herzustellen, aber es ist immer noch eine offene Frage, ob wir das gleiche Material oder den gleichen Produktionsprozess verwenden können, wenn wir einen biobasierten Kunststoff verwenden“, sagte Montinola.

Zum jetzigen Zeitpunkt freut sich Montinola darauf, das Projekt in diesem Jahr mit dem Ziel zu starten, es zu kommerzialisieren. Neben der Bereitstellung nachhaltiger Alternativen zu herkömmlichen Kunststoffen könnte die Herstellung dieser biobasierten Kunststoffbeschichtungen und -folien auch dazu beitragen, Lebensgrundlagen zu schaffen.

„Ich denke, wir werden unseren Landwirten, die Algen anbauen, Geschäfte machen“, sagte Montinola. „Außerdem denke ich, dass wir eine weitere Industrie oder einen weiteren Sektor zur Herstellung von biobasiertem Kunststoff schaffen könnten.“

Die Verwendung von Algen in kommerziell erhältlichen Biokunststoffbeschichtungen und -folien könnte die Industrie dazu veranlassen, mehr Polymere zu extrahieren, was in der Folge zu einer erhöhten Nachfrage nach Algen führen wird.

„Wenn die Industrie mehr Polymere aus Algen benötigt, wird das die Landwirte dazu veranlassen, Algen anzubauen. Es ist also wie eine Kettenindustrie“, sagte Jia.

Der Algenanbau auf der philippinischen Insel Palawan hat nicht nur dazu beigetragen, die sozioökonomische Lage der Familien zu verbessern, sondern auch ein Gemeinschaftsgefühl geschaffen. Es hat Frauen, die Algen anbauen, gestärkt, indem es ihnen ermöglicht hat, dabei zu helfen, Essen auf den Tisch zu bringen und auch den Schulbesuch ihrer Kinder zu finanzieren. Auch beim Schutz des Meereslebens spielen Algenzüchter eine wichtige Rolle.

Daher forderte Montinola die Regierung auf, Innovatoren die Finanzierung leichter zugänglich zu machen.

„Für die Jugend befinden wir uns im Zeitalter der sozialen Medien. … Es gibt Probleme, die wirklich gelöst werden müssen, und ich denke, wir sollten uns manchmal auf dieses Problem konzentrieren und die Stimmen der jungen Innovatoren und jungen Aktivisten verstärken, um wirklich etwas in der Welt zu bewirken“, sagte Montinola.

Bannerbild: Algenernte auf den Philippinen. Bild von ILCP (IDB) über Flickr (CC BY-NC-SA 2.0).

Algen werden für philippinische Bauern zu einer zunehmend fragilen Lebensader

Zitat:

Landwirtschaftsministerium der Philippinen. (2018). Roadmap der philippinischen Mangoindustrie 2017–2022. Abgerufen von https://www.da.gov.ph/wp-content/uploads/2019/06/Philippine-Mango-Industry-Roadmap-2017-2022.pdf