PET2More – Biotechnologisches Upcycling von PET Kunststoffabfällen als Beitrag zur schrittweisen Reduzierung der erdölbasierenden Rohstoffabhängigkeit

Das übergeordnete Ziel des Projekts "PET2More" der Innophore GmbH und der Universität Edinburgh ist die neuartige, nachhaltige biotechnologische Produktion der Plattformchemikalien Benzoesäure und Furan2-carbonsäure aus PET (Polyethylenterephthalat) bzw. PEF (Polyethylenfuranoat) Kunststoffabfällen. Um dies zu ermöglichen, wird ein Biokatalysator namens Decarboxylase benötigt, der die Monomerbausteine Terephthalsäure und 2,5-Furandicarbonsäure umwandelt, die die entsprechenden Produkte des enzymatischen Abbaus sind. Bislang sind keine Enzymkatalysatoren bekannt, die Terephthalsäure in Benzoesäure umwandeln und selektiv eine der beiden Carbonsäuregruppen entfernen.

Benzoesäure, Furan-2-carbonsäure und ihre Derivate sind wichtige chemische Verbindungen, die in großen Mengen für die Herstellung von Arzneimitteln, Farbstoffzwischenprodukten, Weichmachern, Gewürzen, Lebensmittelkonservierungsmitteln usw. verwendet werden. Die chemische Decarboxylierung von Terephthalsäure und 2,5-Furandicarbonsäure erfolgt unselektiv unter harschen Bedingungen, wobei Benzol und CO2 als Produkte entstehen.

Um hierfür effiziente und selektive Enzyme zu finden, die unter milden Bedingungen eingesetzt werden können, wird die patentierte CatalophoreTM-Technologie des Antragstellers Innophore eingesetzt. Diese kann aus Millionen von Enzymsequenzen und -strukturen mittels bioinformatischer Methoden geeignete Decarboxylasen identifizieren, die dann als mögliche Enzymkatalysatoren für den vorgestellten biotechnologischen Prozess eingesetzt werden können.

Kunststoff verliert nach einmaligem Gebrauch durchschnittlich 95 % seines Wertes, was die Weltwirtschaft jährlich 110 Milliarden Dollar kostet, wenn der Wert dieser Polymere um durchschnittlich 95 % sinkt. Der Übergang zu einem Kreislaufwirtschaftsmodell, bei dem Abfallströme als Rohstoffe für die Herstellung von Mehrwertprodukten behandelt werden, würde sowohl die Umweltauswirkungen von Kunststoffen verringern als auch Einnahmen für die Wirtschaft generieren.

Der enzymatische Abbau von Kunststoffen gewinnt zunehmend an Interesse und stellt ein enormes Forschungspotenzial dar. Gegenwärtig konzentrieren sich Forschung und Fördermittel jedoch auf den enzymatischen Abbau von PET. Enzyme, so genannte PET-Hydrolasen, spalten das Polymer PET in die entsprechenden TerephthalsäureMonomerbausteine auf, deren Verwendung als Rohstoff jedoch bisher chemisch schwierig ist.

Im Projekt PET2More konzentrieren sich die Partner Innophore und die Universität Edinburgh auf die computergestützte Suche und Identifizierung neuartiger und vielfältiger Decarboxylasen für die gewünschte Decarboxylierung der Monomerbausteine Terephthalsäure sowie 2,5-Furandicarbonsäure unter Verwendung der CatalophoreTM-Technologie.

Die identifizierten neuen Enzyme werden dann funktionell charakterisiert und analytische Methoden zur Bestimmung der selektiven Decarboxylierungsreaktion etabliert. Die vielversprechendste Decarboxylase aus den biochemischen Charakterisierungsstudien wird dann durch computergestütztes Enzym-Engineering weiterentwickelt und optimiert. Es werden Mutationen vorgeschlagen, um Aktivität, Stabilität und/oder Selektivität zu verbessern.

Projektleitung

Dr. Bettina Nestl - Innophore GmbH

Am Eisernen Tor 3
A-8010 Graz
Tel.: +43 (316) 269 205
E-Mail: office@innophore.com
Web: https://innophore.com