Seit der Pandemie wissen wir: Auch Händetrockner mit Luftfilter verwirbeln die Luft in öffentlichen Toiletten und verbreiten damit Tröpfchen und Aerosole. Aktuell wird in Deutschland eine Methode zum Upcycling von benutzten Papierhandtüchern entwickelt, welche die Umweltbilanz von Papiertüchern verbessern soll.
Jährlich landen tonnenweise Papierhandtücher im Abfall und werden verbrannt, wodurch klimaschädliches CO2 in die Atmosphäre gelangt. Das deutsche Forschungsprojekt «Cell2Cell – Vom Zellstoff zum Stoff für Zellen» will dem jetzt entgegenwirken. An der Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften wird unter der Leitung von Prof. Dr. Elke Wilharm und in Kooperation mit dem Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse in Leuna eine Methode entwickelt, um den Papierhandtuchabfall nachhaltig wiederzuverwerten.
Zu schade zum Verbrennen
Handelsübliche Papierhandtücher bestehen überwiegend aus Cellulose, einem Vielfachzucker, der – chemisch ähnlich zur Stärke – aus Glucose (Traubenzucker) aufgebaut ist. Das Forschungsprojekt hat sich zum Ziel gesetzt, eine effektive Methode zur Verzuckerung, also der Überführung der Cellulose in Glucose, von Papierhandtüchern zu entwickeln. Die freigesetzte Zuckerlösung soll dann als Ausgangssubstanz für biotechnologische Synthesen genutzt werden: «Sie dient sozusagen als Grundlage für Hefen, Bakterien oder Schimmelpilze, die aus der Zuckerlösung zum Beispiel Bioethanol, organische Säuren oder auch Biokunststoff herstellen können.»
Es geht also darum, einen Abfall, der momentan verbrannt wird, nicht zu neuem Papier zu recyceln, sondern die Organik in Form von Glucose aus den weggeworfenen Papierhandtüchern für die biotechnologische Produktion neuer Wertstoffe wiederzuverwenden. Warum sich gerade die Papierhandtücher als Material für das Forschungsprojekt eignen? Wilharm erklärt: «Papierhandtücher nutzen wir täglich. Das ist einmal benutztes Papier, das quasi noch sauber ist. Es wird nur einmal kurz feucht und trocknet dann wieder. Es besteht zum überwiegenden Teil aus Cellulose, die aus vielen einzelnen Traubenzucker-Molekülen besteht, und diese Zucker sind vielfältig nutzbar und eindeutig zu schade zum Verbrennen.»
Cellulose zu löslicher Glucose aufspalten
Beim Prozess zur Glucose-Gewinnung werden die Prozessparameter für die Verzuckerung von den Forschenden festgelegt. Anschliessend wird das Papier verzuckert, das heisst unter Verwendung spezieller Enzyme wird die Cellulose im Papier zu löslicher Glucose aufgespalten. Im sogenannten «Downstreaming» wird dann die Zuckerlösung von den Resten, die sich nicht verzuckern lassen, getrennt und aufkonzentriert, damit sie lagerstabil ist und die Transportkosten zum Abnehmer sinken. Um den Verzuckerungsprozess im grossen Massstab abzubilden, kooperiert die Ostfalia Hochschule mit dem Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse. Der Prozess wird dort vom Schüttelkolben auf einen Rührreaktor im Kubikmeter-Massstab vergrössert.
Ziel der Forschungsgruppe ist es, einen optimierten Prozess zu entwickeln, der sich vergrössern und für die Industrie kalkulieren lässt. Damit die Glucose-Lösung in der Industrie zum Einsatz kommen kann, muss sie nicht nur für die biotechnologische Produktion geeignet sein, sondern auch im grossen Massstab wirtschaftlich hergestellt werden können. Wilharm resümiert: «Solche Prozesse zu entwickeln ist sehr spannend, und es geht auch gut voran. Wir sind sehr zuversichtlich, dass das Projekt technisch funktionieren wird. Die eigentliche Schwierigkeit wird darin bestehen, die Wirtschaftlichkeit des Prozesses darzustellen. Die zunehmende Beachtung von Nachhaltigkeit und steigende CO2-Preise sind dabei günstige Faktoren.»
Die Relevanz des Projekts bestehe vor allem in dessen Potenzial, aus Abfall einen Ausgangsstoff für die Herstellung einer Vielzahl neuer Produkte bereitzustellen und dabei CO2-Emissionen einzusparen. Das Projekt leiste somit einen Beitrag zur Entwicklung einer abfallbasierten Wertschöpfungskette als Teil der sogenannten Bioökonomie. Bioökonomie beschreibt den wirtschaftlichen Wandel von fossilen Ressourcen hin zu einer Wirtschaft, die auf nachwachsende Rohstoffe setzt. «Papier an sich besteht zwar schon aus einem nachwachsenden Rohstoff, bei seiner Verbrennung wird aber eine Menge CO2 freigesetzt. Wir versuchen an der Stelle die Organik zu bewahren, das heisst in unserem Fall die Glucose aus dem Zellstoff beispielsweise zu Bioplastik upzucyclen und dadurch sowohl den Ausstoss von CO2 zu verringern als auch Öl für neue Kunststoffe einzusparen. Das ist natürlich nur ein kleines Rädchen in der grossen Transformation, aber auch ein Beitrag zum Klimaschutz und zu einer nachhaltigen Entwicklung.»
