Restlbewertung

„In der Pharma-Industrie fällt bei der Produktion von Arzneimitteln die 100-fache Menge an Abfall an“, weiß Mélanie Hall. Umgerechnet heißt das: Für eine Packung Kopfweh-Tabletten mit einem Gewicht von 25 Gramm bleiben rund zweieinhalb Kilogramm Müll zurück. „Nach wie vor dominiert eine lineare Wertschöpfungskette, der Erdöl zugrunde liegt“, fasst Wolfgang Kroutil zusammen. „Das heißt, Ausgangsmaterial wird entlang eines fixen Prozesses verarbeitet und als Ware verbraucht oder entsorgt.“ Das Problem geht weit über das Erzeugnis selbst hinaus. Was wir als Konsument:innen nicht sehen, verursacht während der Fertigung viele Nebenprodukte und hohen Energieaufwand. 
Genau das wollen Chemiker:innen der Universität Graz im Rahmen des Exzellenzclusters ➡ „Circular Bioengineering“ massiv ändern. Das Ziel des österreichweiten Forschungsverbundes ist es, auf nachwachsende Rohstoffe zurückzugreifen und diese im ökonomischen Kreislauf zu halten. Die Wissenschaftler:innen haben aber auch den Weg im Blick, wenn etwa erdöl-basierte Ausgangsmaterialien zu Schmerzmittel verarbeitet werden. 
Damit in beiden genannten Fällen die chemischen Reaktionen nachhaltig ablaufen, nutzt das Team rund um Wolfgang Kroutil und Mélanie Hall sogenannte Biokatalysatoren. Diese Werkzeuge sind selbst biologisch abbaubar und unter ressourcenschonenden Bedingungen einsetzbar. „Sie funktionieren im Wasser, sodass wir organische Lösungsmittel vermeiden oder die Mengen zumindest minimieren. Und sie arbeiten bei Raumtemperatur. Wir müssen also nicht heizen oder gar kühlen, was noch viel energieintensiver wäre“, zählen die Chemiker:innen die Vorteile auf. 

 Die Natur kopieren 
Die Wissenschaftler:innen untersuchen unterschiedliche Enzyme, die in der Umwelt als biologische Reaktionsbeschleuniger wirken. „So gelingt es etwa den Pflanzen, ökonomisch, effizient und sauber zu sein“, beschreibt Mélanie Hall. „Wir wissen zwar meist, was bei diesen überaus komplexen Vorgängen passiert, aber nicht wie und warum“, ergänzt Kroutil. 
Die beiden stehen damit vor der entscheidenden Frage: Wie können sie die Hilfsstoffe dazu bringen, in einem künstlichen Umfeld chemische Abläufe zu aktivieren? „Wir bringen ihnen neue Tricks bei“, schmunzelt Hall. Sie hat unter anderem die Enzyme mit dem langen Namen Alkoholdehydrogenasen im Visier. Diese bauen zum Beispiel Ethanol im Körper ab. Die Forscherin nutzt die natürliche Arbeitsweise der Katalysatoren, um Bausteine für neuartige Kunststoffe herzustellen. „Das ist möglich, weil die Chemie in unserem Körper nach denselben Prinzipien funktioniert wie im Labor. Der Unterschied liegt nur in den Ausgangsstoffen.“
Wird es das eine Werkzeug für alles geben? Die Forscher:innen schütteln den Kopf: „Jede Fragestellung erfordert eine spezifische Lösung.“ Daher wird intensiv an verschiedenen Katalysatoren geforscht. Zum Beispiel an einem Enzym, das sich für die Herstellung von stabilerem Bioplastik eignet. Als Zutat wird lediglich Wasserstoffperoxid benötigt, das wir zum Bleichen der Haare oder zum Desinfizieren nutzen. „Nach dem Verfahren bleibt nur Wasser übrig“, berichtet Kroutil. 

 Müll verwerten 
Abfallstoffe als potenzielle Ausgangsmaterialien nehmen die Chemiker:innen an der Uni Graz ebenso unter die Lupe. Darunter Fette, Öle, Lignin aus Biomasse sowie Terpene, die in Pflanzen als Duft- und Aromasubstanzen vorkommen. „Statt diese einfach zu verbrennen, sollen sie mithilfe von Enzymen in Bausteine für neue Produkte umgewandelt werden“, will Wolfgang Kroutil das „ganze Potenzial ausschöpfen“. 
Wenngleich noch viel Forschung vor ihnen liegt, beurteilen Hall und Kroutil die Möglichkeiten für eine breite Anwendungspalette optimistisch. Sie versprechen sich auch wirtschaftliche Vorteile: „Wenn wir weniger Abfall produzieren und Stoffe im Kreis führen, sollte die Erzeugung und damit das Endprodukt günstiger werden.“ Genauso zuversichtlich sind sie beiden, dass sie in den nächsten zehn Jahren einen entsprechend nachhaltig hergestellten Artikel in Händen halten werden: „Aus Biomasse könnten zukunftsorientierte Polymermaterialien, die wir für Kleidung, Verpackung oder in der Medizin verwenden, entwickelt werden. Es sollte weiters gelingen, essenzielle Pharmazeutika etwa zur Behandlung von Krebs und Schmerzen, die einen Großteil der Arzneien ausmachen, besonders umweltschonend herzustellen. Aus Fettsäuren wiederum könnten entweder Bausteine für abbaubare Kunststoffe oder hochwertige Aromastoffe entstehen.“ 
Womit wir wieder in der Küche wären. Während dort allerdings viele Köch:innen sprichwörtlich den Brei verderben, sind sie im Forschungslabor absolut willkommen. Rund 100 Wissenschaftler:innen der Uni Graz, der TU Graz, der Universität Wien und der TU Wien arbeiten im Exzellenzcluster „Circular Bioengineering“ unter der Leitung der BOKU zusammen. Der Wissenschaftsfonds FWF investiert in den kommenden fünf Jahren 16 Millionen Euro. Weitere 10,5 Millionen Euro steuern die Universitäten bei.