Die Voraussetzung für die Herstellung kostengünstiger Plastikmaterialien haben Forschungen am Institut für Chemie der Karl-Franzens-Universität Graz geschaffen. Ao.Univ.-Prof. Dr. Wolfgang Kroutil und sein Team fanden heraus, wie man Enzyme aus der Natur dazu bringt, Kunststoffbausteine für Polyamide herzustellen. Die Enzyme, natürliche Eiweiße, sind die Biokatalysatoren, die chemische Reaktionen beschleunigen und dadurch höchst effizient „arbeiten“. Die Entdeckung wurde zusammen mit einem industriellen Partner patentiert und zielt darauf ab, hoch beanspruchbare Kunststoffe zur Erzeugung von Snowboards, Segelschiffen oder Flügeln von Windkraftwerken bereitzustellen.
Die Kunststoffbausteine, die an der Uni Graz von Enzymen hergestellt wurden, finden unter anderem Verwendung für Flügel von Windkraftwerken. Foto: Petra Bork/pixelio.de
Diese und andere bahnbrechende Forschungsergebnisse aus dem Bereich der Biokatalyse wurden vom 10. bis 13. April 2012 im Rahmen einer internationalen Tagung an der Uni Graz präsentiert. Die Veranstaltung, bei der über 160 WissenschafterInnen aus allen fünf Kontinenten zusammentreffen, fand in Kooperation mit der TU Graz und dem ACIB (Austrian Centre of Industrial Biotechnology) statt.
Man nehme drei Enzyme – eine Alkoholdehydrogenase, eine Transaminase und eine Alanindehydrogenase –, gebe sie in einen Topf mit wässriger Lösung, füge etwas Salz hinzu, schüttle die Mixtur – und heraus kommt ein Polymerbaustein, ein Amin, für die Herstellung eines Spezialkunststoffs mit tollen Eigenschaften: hoch belastbar und elastisch. Klingt wie Science Fiction, ist aber das Ergebnis intensiver Forschungen der Arbeitsgruppe um Wolfgang Kroutil am Institut für Chemie der Karl-Franzens-Universität Graz.
Die Idee kommt aus der Natur. „Jede lebende Zelle stellt eine hocheffiziente Maschinerie dar, die Nährstoffe aufnimmt, verarbeitet und neue Substanzen herstellt. Dabei werden die Stoffe durch unterschiedlichste Biokatalysatoren in einzelnen aufeinanderfolgenden Schritten, in einer so genannten Umwandlungskaskade, in eine neue Substanz überführt“, erklärt Kroutil das Prinzip.
Mit diesem Grundrezept haben die Grazer WissenschafterInnen experimentiert. In ihrem „Topf“ brachten sie drei Biokatalysatoren dazu, eine Umwandlungskaskade durchzuführen. „Die drei Enzyme arbeiten wie die Zahnräder in einem Uhrwerk zusammen. Der Abfall des einen Enzyms wird von einem anderen als wichtiger Hilfsstoff eingesetzt. Das macht den Prozess höchst effizient, kosten- und zeitsparend“, betont Kroutil. Darüber hinaus ist die Technologie auch in der Herstellung umweltfreundlich. Die Anwendungsbereiche der Biokatalyse reichen von der chemischen Industrie über die Futtermittel-, Papier- und Textilindustrie bis hin zur Produktion von Pharmazeutika.