Nylon-Grundbaustein kann jetzt erdölfrei produziert werden
Nylonfasern können jetzt völlig ohne Erdöl produziert werden. Auch hinterlässt die Herstellung mit dem neuen Verfahren keine toxischen Rückstände mehr. Denn Chemikern der Universität Graz ist es gelungen, einen Grundbaustein der Nylonfaser mittels einer Biokaskade aus sechs verschiedenen Enzymen ohne Einsatz von konzentrierten Säuren herzustellen.
Ein Hochseilartist in Warschau verlässt sich auf eine Schnur aus Nylon: Grazer Wissenschaftler haben jetzt ein grünes Verfahren zur Herstellung der vielseitig einsetzbaren Kunstfaser Nylon entwickelt, bei dem Bakterien der Gattung Bacillus einen Biokatalysator liefern.
Foto: Tomasz Gzell/dpa
Nylonfasern können wie Seide aussehen und glänzen, oder wie Baumwolle. Ihre Zerreißfähigkeit ist jedoch viel größer. Nylonstoffe sind wasserfest, trocknen schnell und sind praktisch bügelfrei. Das macht sie für eine breite Palette von Anwendungen interessant: Es werden Strümpfe, Unterwäsche, Blusen, Hemden, Regenmäntel, aber auch Fallschirme, Bürstenbesätze, Seile, Fischereinetze und Angelschnüre daraus gefertigt.
Bisher sind konzentrierte Säuren nötig
Ein Grundbaustein von Nylon ist der Polymerbaustein epsilon-Caprolactam. Die Ausgangsbasis dafür ist Erdöl. Bei der Erzeugung kommen konzentrierte Säuren zum Einsatz und es fallen giftige Abfallprodukte an. 4,2 Millionen Tonnen dieses Polymerbausteins werden im Jahr produziert, das Ganze ist somit eine herbe Umweltbelastung. Da ist es eine gute Nachricht, dass ein Team vom Institut für Chemie der Karl-Franzens-Universität Graz unter der Leitung von Prof. Dr. Wolfgang Kroutil nun einen Weg gefunden hat, den Grundbaustein für Nylon umweltfreundlich und gleichzeitig kosten- und ressourcenschonender herzustellen: mittels Biokatalysatoren, die überall in der Natur vorkommen.
Sechs Reaktionen gleichzeitig in einem Gefäß
„Wir haben einen Reaktionsweg konstruiert, bei dem unter Einsatz von sechs verschiedenen Enzymen der Polymerbaustein entsteht“, erklärt Kroutil. Es entsteht eine Kaskadenreaktion: Die Biokatalysatoren sorgen dafür, dass sechs Reaktionen gleichzeitig in einem einzigen Gefäß ablaufen. Statt Wasserstoffperoxid als Reaktionsmittel, kommt die neuartige Biokatalyse mit Sauerstoff und Ammoniak aus. Die benötigten Enzyme holen sich die Forscher aus verschiedenen ungefährlichen Bakterien.
Fünf dieser Bakterien sind überall in der belebten Umwelt zu finden, eines ist ein Spezialist, der in heißen Quellen am Meeresgrund lebt. Das neue Grazer Verfahren mittels Biokatalyse bietet die Möglichkeit den Grundbaustein für die begehrte synthetische Nylonfaser aus Erdöl auch auf Basis nachwachsender Rohstoffe herzustellen.
Evonik hat internationales Patent angemeldet
Das deutsche Unternehmen Evonik als Industriepartner der Grazer Wissenschaftler hat das neue Herstellungsverfahren bereits international zum Patent angemeldet. Der Erfolg dieser Öko-Faser scheint programmiert. Endlich können die mondänen Damen der neuen Zeit Strümpfe ohne Laufmaschen tragen und brauchen ihr Umwelt-Gewissen nicht zu belasten. Die neue Herstellungsmethode für das epsilon-Caprolactam wurde in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Angewandte Chemie veröffentlicht.
„Arbeiten wie die Zahnräder eines Uhrwerks ineinander“
Die Idee der Polymerherstellung mittels Biokatalysatoren ist im Rahmen des EU-Forschungsprojektes AmBioCas, das ist die Abkürzung für „Amine synthesis through biocatalytic cascades“ entwickelt worden. AmBioCas ist inzwischen abgeschlossen. Projektziel war es, genau solche Biokaskaden zu entwickeln. „Tausende Biokatalysatoren sind zugleich tätig und arbeiten zusammen. Sie sind aufeinander abgestimmt und arbeiten wie die Zahnräder eines Uhrwerks ineinander.
Die Zelle stellt somit eine hocheffiziente Maschinerie dar, die Nährstoffe aufnehmen, verarbeiten und neue Stoffe herstellen kann“, sagt Wolfgang Kroutil. Mit den so hergestellten Polymeren können nicht nur Nylonfasern hergestellt werden. Sie werden auch als hochbeanspruchte Kunststoffe etwa in Snowboards oder als Rotorblätter für Windkraftanlagen verwendet.
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