Mit Kooperation zur Innovation: Projekt BioDesign aus dem TransBIB Netzwerk gestartet

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Mit Kooperation zur Innovation: Projekt BioDesign aus dem TransBIB Netzwerk gestartet

Das SKZ – Das Kunststoffzentrum und der Lehrstuhl für Biotechnologie der RWTH Aachen University forschen gemeinsam mit der Peiler und Klein Kunststofftechnik GmbH an PLA-basierten Spritzgussteilen mit programmiertem enzymatischem Abbau für die industrielle Anwendung.

Um Materialien und Technologien aus der industriellen Bioökonomie anwendungsnah zu gestalten gibt es einen großen Bedarf an einer branchen- und disziplinübergreifenden Allianz aus Forschung und Industrie. Besonders die Kunststoff- und Verpackungsbranche stehen im Fokus der Transformation von Materialien und Rohstoffen.

Die dramatische Akkumulierung von Kunststoffen in unserer Umwelt, insbesondere aus dem Bereich der Verpackungen, mit drastischen Folgen für die Fauna und letztlich auch den Menschen steigert die Nachfrage und das Bestreben nach biobasierten und biologisch abbaubaren Kunststoffen.

PLA (Polylactide) haben in den vergangen Jahren als biologisch abbaubare (industrielle Kompostierung) Kunststoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe zunehmend an Bedeutung gewonnen, da sie mit ihren mechanischen und physikalischen Eigenschaften für industrielle Anwendungen (z.B. Folien, Beutel, Spitzgussteile) relevant sind und dort herkömmliche Kunststoffe wie PE, PP und PET ersetzen könnten.

Ein entscheidender Nachteil ist jedoch die unzureichende Abbaurate von PLA unter unkontrollierten Umweltbedingungen. Hier setzt das Projekt BioDesign an: PLA-abbauende Enzyme sollen mittels Trägermaterial in den PLA-Masterbatch eingebracht werden und erst durch die Umweltbedingungen aktiviert werden, um das PLA schneller abzubauen. Die Beladung des Trägermaterials mit Enzymen wird dabei durch den Lehrstuhl für Biotechnologie der RWTH Aachen University erforscht.

Ein material-spezifisches bifunktionelles Peptid (Adhäsionsvermittler) wird dort mittels Protein Engineering entwickelt. Die beladenen Trägerpartikel können dann als funktionales Additiv in den PLA-Masterbatch eingebracht werden. Um die Hitzeeinwirkung auf die Enzyme während eines Standardextrusions- und Spritzgussvorgangs zu verringern, wird neben dem Trägermaterial auch eine Optimierung der thermischen Belastung und Verweildauer in den Fokus genommen. Hierbei kommt eine KI-gestützte Software zum Einsatz, um das Strömungsverhalten des Materials im Heißkanalsystem zu simulieren und optimieren.
Das klare Ziel ist die Entwicklung industrieller PLA-Spritzgussteile mit programmiertem und verbessertem enzymatischen Abbau unter Umweltbedingungen.

Koordiniert wird das Projekt vom SKZ – Das Kunststoffzentrum in Würzburg, welches operativ die Expertise im Bereich des Compoundierens und Extrudierens in das Projekt einbringt. Der Lehrstuhl für Biotechnologie der RWTH Aachen University nutzt seine Expertise im Bereich des Protein Engineerings zur maßgeschneiderten Generierung von adhäsionsvermittelnden bifunktionellen Peptiden, die die PLA-abbauenden Enzyme an das Trägermaterial binden.

Gefördert wird das Projekt BioDesign von September 2024 bis Februar 2027 durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) mit der AiF Projekt GmbH als Projektträger.

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Ansprechpartner

Colette Kamuf & Niklas Nöhring