Enzymatisches Recycling von duromeren Polymeren und deren Wiederverwertung

In den letzten Jahren haben Polymere immer mehr an Bedeutung gewonnen, besonders im Hinblick auf ihren Abbau und Recycling. Aufgrund ihrer besonderen Struktur können diese Makromoleküle nicht einfach mit herkömmlichen Recyclingmethoden bearbeitet werden. Hier setzt unser Projekt EnPoWert an: Unser Ziel ist es, eine innovative enzymatische Methode für den Abbau dieser Polymere zu entwickeln. Dafür setzen wir auf die Entwicklung und systematische Untersuchung neuer Enzyme, die effizient unterschiedliche Stoffe und Stoffgruppen abbauen können.

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Ersatz von chemikalienintensiver Solvolyse durch enzymatischen Abbau und Design-to-Recycle

Technischer Herausforderungen:

  • Bisherige Verfahren fokussieren sich auf thermische Verwertung
  • Suche nach optimierter Atomökonomie
  • Bedarf an umweltverträglichen und gesundheitsfreundlichen Chemikalien
  • Ziel einer energieeffizienten Lösung

 

Wissenschaftlich-technische Lösungsansätze:

  • Integration von Design-to-Recycle-Prinzipien
  • Gezielte Implementierung von Ester- und Disulfidbindungen als Angriffspunkte für den enzymatischen Abbau
  • Einsatz kommerziell erhältlicher Enzyme für optimierte Ergebnisse
  • Entwickelte Konzepte zur optimalen Verwertung von Recyclingprodukten
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  • Die Wiederverwertung von Polymeren hat in der modernen Gesellschaft einen unverzichtbaren Stellenwert erlangt. Für thermoplastische Polymere, die weniger strenge Anforderungen erfüllen, wird oftmals das (Wieder-)Aufschmelzen als Recyclingmethode verwendet. Dabei können Probleme wie Sortenreinheit und thermischer Abbau durch wiederholtes Aufschmelzen auftreten. Auf der anderen Seite sind vernetzte Polymere, bekannt als Duromere, wegen ihrer Netzwerkstruktur resistent gegenüber den üblichen Recyclingmethoden.

    Das Fraunhofer IAP hat bereits in mehreren Projekten einen chemischen Abbau mittels Solvolyseagenzien demonstriert. Diese Methode hat jedoch ihre Tücken: Der Einsatz von Chemikalien kann energetisch kostenintensiv sein und ist oft nicht optimal für Umwelt und Gesundheit. Darüber hinaus kann das Entfernen der überschüssigen Chemikalien einen zusätzlichen, energieintensiven Schritt erfordern.

    Das Herzstück unseres Projekts ist der Wandel von chemikalienintensiven zu enzymatischen Abbauverfahren. Das IAP verfügt über Expertise im Bereich der Enzymentwicklung für den Polymerabbau. In Zusammenarbeit mit dem IZI-BB streben wir danach, spezialisierte Enzyme zu identifizieren, die für den Abbau bestimmter Polymertypen optimiert sind. Das Hauptziel ist es, den Abbau von zwei Typen von Netzwerkpolymeren mittels dieser Enzyme zu untersuchen. Diese Untersuchungen werden uns wertvolle Erkenntnisse über die Eigenschaften der Abbauprodukte, wie beispielsweise ihre Molmassenverteilung und Funktionalität, liefern. Das Projekt zielt darauf ab, Duromere Polyester so weiterzuentwickeln, dass sie effizient enzymatisch abgebaut werden können. Abschließend werden wir ein experimentell fundiertes Konzept für die Verwendung der Abbauprodukte in neuen Polymeren entwickeln.

     

  • Förderung

    Dieses Projekt wird im Rahmen der Internen Programme der Fraunhofer-Gesellschaft gefördert.