Rindergülle und Maisreststoffe sind mehr als Nebenströme der Landwirtschaft. Sie enthalten organische Kohlenstoffverbindungen, die Mikroorganismen als Nahrung nutzen können. Ein Forschungsteam der Universität Verona hat nun untersucht, wie sich solche Agrarreststoffe in einen biologisch abbaubaren Kunststoff umwandeln lassen. Die Ergebnisse sind am 14. Mai 2026 in der Fachzeitschrift Biotechnology for Biofuels and Bioproducts erschienen.

Im Mittelpunkt stehen sogenannte PHA-Kunststoffe. PHA ist ein Sammelbegriff für Biopolymere, die manche Bakterien als Energiespeicher in ihren Zellen anlegen. Eine bekannte Variante ist PHB. Die Veroneser Studie zielt jedoch auf PHBV, eine verwandte Form mit besser steuerbaren Materialeigenschaften. Entscheidend ist dabei ein zusätzlicher Baustein namens Hydroxyvalerat. Sein Anteil beeinflusst, wie flexibel und verarbeitbar der Kunststoff wird. Genau diese Zusammensetzung wollten die Forschenden über den Prozess gezielt beeinflussen.

Bakterien speichern Polymer

Das Verfahren besteht aus drei Stufen. Zunächst wurden Rindergülle und Maisreststoffe im Versuch in Form von Maissilage vergoren. Dabei entstand eine Flüssigkeit, die reich an kleinen organischen Säuren war, vor allem Essigsäure, Buttersäure und Propionsäure. Diese Säuren dienten später als Futter für die Mikroorganismen. Für die Laborversuche wurde die Säuremischung bei Bedarf angepasst, damit sich der Anteil der späteren PHBV-Bausteine gezielter steuern ließ.

Im zweiten Schritt wurde eine gemischte Bakteriengemeinschaft unter wechselnden Bedingungen kultiviert. Phasen mit reichlich Nährstoffen wechselten sich mit Hungerphasen ab. Dieser Rhythmus begünstigt Mikroben, die PHA in ihren Zellen speichern können. Im dritten Schritt wurde die ausgewählte Mischkultur in einem Reaktor erneut mit der säurereichen Flüssigkeit versorgt und reicherte PHBV an. Der Einsatz solcher natürlichen Mischkulturen kann günstiger sein als die Arbeit mit sterilen Reinkulturen. Gleichzeitig macht er die Prozessführung anspruchsvoller, weil sich Reststoffzusammensetzung und Bakteriengemeinschaft verändern können.

Filtration verbessert Auswahl der Mikroben

Um die Stabilität zu verbessern, verglich das Team zwei Varianten der Vorbehandlung. In der ersten wurde die vergorene Flüssigkeit nur zentrifugiert. In der zweiten folgte zusätzlich eine feine Filtration. Nach dieser Filtration und einer stabileren Auswahl der Bakteriengemeinschaft stiegen die Werte deutlich: Ohne den zusätzlichen Schritt speicherten die Zellen 4 bis 21 Prozent ihres Trockengewichts als Polymer, mit Filtration bis zu 57 Prozent. Auch die Konzentration des gewonnenen Polymers nahm im Mittel von 0,81 auf 1,7 Gramm pro Liter zu.

Der Anteil des Bausteins Hydroxyvalerat lag je nach Versuch zwischen 13 und 35 Prozent. Damit ließ sich die Zusammensetzung grundsätzlich beeinflussen, sie schwankte aber über die Zeit. Genau diese Stabilität nennen die Autorinnen und Autoren als weiteren Optimierungsbedarf. Die Analyse der Bakteriengemeinschaft zeigte außerdem, dass sich nach der Filtration weniger verschiedene Gattungen durchsetzten und spezialisierte polymerspeichernde Bakterien dominierten.

Die Studie beschreibt noch keinen industriellen Prozess. Die Versuche liefen im Labor, und die Autorinnen und Autoren nennen mehrere Punkte, die weiter optimiert werden müssen. Dazu gehören eine stabilere Prozesskontrolle, eine gleichbleibende Produktqualität, die Aufarbeitung des Polymers sowie die Übertragung auf größere Anlagen. Die Arbeit zeigt aber, dass echte Agrarreststoffe als Ausgangsmaterial für PHBV grundsätzlich nutzbar sind und dass Vorbehandlung und Prozessführung die Leistung gemischter Mikrobenkulturen deutlich verbessern können.

Entstanden ist die Arbeit im Umfeld des europäischen AgriLoop-Projekts. Das Vorhaben entwickelt Wege, landwirtschaftliche Reststoffe in höherwertige biobasierte Produkte wie Proteine, Polyester und andere Chemikalien umzuwandeln. Damit passt die Studie in einen breiteren Ansatz der Kreislaufwirtschaft: Reststoffe aus Tierhaltung und Pflanzenbau sollen nicht nur entsorgt oder energetisch genutzt, sondern möglichst hochwertig stofflich verwertet werden.

ag