Aus Algen-Altöl: Nachhaltige Rohstoffe für „grünen“ PU-Schaum und Spezialchemikalien

Die Forscher der University of California San Diego (UCSD) sind keine Unbekannten auf dem Gebiet der nachhaltigen Kunststoffe. Nach Flip-Flops und Surfbrettern auf Algenbasis beinhaltet ihre neuste Entwicklung Lackleder und Klebstoffe, ein Aroma sowie Duftstoffe für die Lebensmittelindustrie.

In der Zeitschrift „Green Chemistry“ beschreiben Michael Burkart, Stephen Mayfield und Robert Pomeroy von der UCSD Methoden zur Herstellung von auf Mikroalgen basierenden Polyolen. Diese können später unter anderem zu Polyurethanschäumen (PU-Schaum) mit Altölen aus Algenbiomasse verarbeitet werden. Im Gegensatz zu Pflanzenölen enthält das Algenöl kleine organische Verunreinigungen, es steht jedoch nicht in Flächenkonkurrenz mit dem Lebensmittelanbau.

Abfallverwertung mit Gewinn und grünem Gewissen

Das Forscherteam entschied sich für Öl aus der grünen Mikroalge Nannochloropsis salina. Die Alge ist eine Quelle von Omega-3-Fettsäuren und wird unter anderem als Nahrungsergänzungsmittel verkauft. Mehr als 70 Prozent der Alge sind normalerweise unbrauchbar und landen im Müll – bis jetzt. An der UC San Diego werden sie zu Azelainsäure, einen Baustein für flexible Polyurethane. Auch das Nebenprodukt Heptansäure wandelten die Forscher in einen Geschmacks- und Duftstoff für Lebensmittel um.

„Wir haben gezeigt, dass wir [Altöle] auf Algenbasis nehmen und in wertvolle und erneuerbare Polyurethanschäume umwandeln können“, sagte Burkart. Insgesamt haben die Reststoffe aus der Omega-3-Produktion einen Wert von etwa 500 Euro pro Kilogramm.

Um dieses Potenzial zu nutzen, entwickelten Burkhart und Kollegen zunächst einen skalierbaren, kostengünstigen Weg zur Reinigung des Algenöls. Zusätzlich zu den Fettsäuren erklärte Mayfield, dass das Team mehrere Verunreinigungen im Altöl identifiziert habe. „Im Gegensatz zu Pflanzen […] enthalten Mikroalgen eine Vielzahl von Stoffwechselkomponenten, die in Wasser unlöslich, aber im Algenöl bei der Extraktion frei löslich sind.“ Diese Pigmente mindern die Effizienz der nachgeschalteten Reaktion, weshalb sie entfernt werden müssen.

Den Wissenschaftlern zufolge funktioniert ihr Prozess mit Ölen aus mehreren Algenspezies. Die gewonnenen Stoffe sind wertvolle Monomere – Moleküle, die an einer Kettenreaktion zur Bildung von Polymeren teilnehmen – aus einer äußerst nachhaltigen Quelle für biobasierte Kunststoffe.

Diese Studie zeigt zudem, „dass ein aus Algen gewonnener Abfallstrom sowohl das praktische als auch das wirtschaftliche Potenzial hat, die Materialproduktion von Polyurethanen zu unterstützen“, sagte Burkart. „Wir arbeiten bereits mit großen [Unternehmen] zusammen, um diese in kommerzielle Produkte zu verwandeln, die die Menschen kaufen wollen.“

Spezialchemikalien aus den Kläranlagen-Algen

Einen ähnlichen Ansatz verfolgt ein der Purdue University angegliedertes Startup-Unternehmen mit der Umwandlung kommunaler Abwasseralgen in Spezialchemikalien. Die Algen werden dabei nicht als Nahrungsergänzungsmittel, sondern von Abwasserbehandlungsanlagen produziert. Dort verwerten sie einen Teil der eingeleiteten Nährstoffe und verhindern so gefährliche Algenblüten. Bislang wurden die Abwasseralgen unter großem finanziellen Aufwand deponiert.

„Es gibt einen Weg, diese Algen von teurem Abfall in nützliches Material umzuwandeln. Unser […] Verfahren bricht die Algen auf und extrahiert die Nährstoffe, die zur Herstellung von Spezialchemikalien benötigt werden, die nützliche und umweltfreundliche Produkte erzeugen“, sagte Kelvin Okamoto, Gründer und Vorstandsvorsitzender von Gen3Bio.

Okamotos Team hat einen Weg gefunden, die Abfallalgen in biobasierte Spezialchemikalien wie Aquakultur-Fischfutter, Bernsteinsäure oder biologisch abbaubare Kunststoffe umzuwandeln.

(Mit Material der University of California San Diego (UCSD) und der Purdue University)