Biologische Verfahren zur Unterstützung des Kunststoffrecyclings durch Enzyme
Kunststoffe sind aufgrund ihrer Langlebigkeit und Wirtschaftlichkeit aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Jährlich werden weltweit über 400 Millionen Tonnen produziert. Da jedoch ein Großteil dieser Materialien unzureichend recycelt wird, steigt die Umweltbelastung durch Kunststoffabfälle kontinuierlich an. Forschende der Universität Greifswald widmen sich der Untersuchung biochemischer Methoden, um Kunststoffe gezielt in ihre chemischen Grundbausteine zu zerlegen und somit einen geschlossenen Produktkreislauf zu ermöglichen.
Enzyme als Schlüsselakteure im biokatalytischen Recycling
In zwei kürzlich veröffentlichten Studien in den Fachzeitschriften Nature Chemical Biology und Nature präsentieren Teams um den Biochemiker Prof. Dr. Uwe T. Bornscheuer neue Erkenntnisse zum Einsatz von Enzymen beim Recycling schwer abbaubarer Kunststoffe. Dabei wird insbesondere aufgezeigt, welche Voraussetzungen für einen verlässlichen Nachweis biologischer Abbauprozesse erfüllt sein müssen.
Ein vielversprechender Ansatz ist der Einsatz von Enzymen, die die chemischen Bindungen innerhalb von Kunststoffen gezielt spalten können. Für den Kunststoff Polyethylenterephthalat (PET), der unter anderem in Getränkeflaschen und Textilien Verwendung findet, ist diese Methode bereits weit fortgeschritten. Spezielle Enzyme ermöglichen es, PET unter milden Bedingungen in seine Grundbausteine zu zerlegen, welche anschließend für die Herstellung neuer Kunststoffprodukte genutzt werden können. Dadurch könnte Kunststoff künftig mehrfach als Rohstoff eingesetzt werden, anstatt als Abfall zu enden.
Herausforderungen beim Abbau weiterer Kunststoffarten
Der enzymatische Abbau anderer Kunststoffe gestaltet sich deutlich komplexer. Das Forschungsteam um Bornscheuer konnte vor einigen Jahren erste Biokatalysatoren identifizieren, die die besonders stabile chemische Struktur von Polyurethanen (PU) aufspalten können. PU wird unter anderem in Matratzen, Dämmmaterialien und Sportschuhen verwendet. In der aktuellen Veröffentlichung in Nature Chemical Biology werden Enzymfamilien vorgestellt, die sich für den Abbau von PU und Polyamiden (Nylon) eignen. Zudem wird erläutert, wie durch gezielte Modifikation der Enzyme – bekannt als Protein-Engineering – deren Effizienz für Recyclingprozesse gesteigert werden kann.
Das Ziel besteht darin, sogenannte Urethanasen zu entwickeln: Enzyme, die Polyurethane in ihre chemischen Grundbausteine zerlegen. Prof. Bornscheuer betont, dass die rasanten Fortschritte auf diesem Gebiet zu robusten und vielseitigen Enzymen führen werden, die industrielle Recyclingverfahren für diese Polymere ermöglichen.
Kritische Bewertung des biologischen Kunststoffabbaus
Parallel dazu warnt das Greifswalder Team gemeinsam mit internationalen Forschenden vor voreiligen Schlussfolgerungen hinsichtlich des biologischen Abbaus von Kunststoffen. In einem weiteren Artikel in Nature setzen sich die Autor*innen kritisch mit Studien auseinander, die behaupten, bestimmte Bakterien oder Enzyme könnten Kunststoffe wie Polyethylen (PE) oder Polyvinylchlorid (PVC) abbauen. Diese Materialien gelten als besonders schwer biologisch abbaubar.
Oftmals seien die verwendeten Kunststoffproben unzureichend charakterisiert, Versuche mangelhaft kontrolliert oder Analyseergebnisse falsch interpretiert worden. Prof. Gustav Vaaje-Kolstad von der Norwegischen Universität für Lebenswissenschaften (NMBU) erklärt: „Der biologische Abbau von Kunststoffen ist ein komplexes Forschungsfeld. Es ist relativ einfach, ein Signal zu erhalten, das wie ein Abbau aussieht, jedoch schwierig, diesen tatsächlich auf die Spaltung des Polymermaterials zurückzuführen.“
Empfehlungen für zukünftige Forschungsarbeiten
- Exakte Charakterisierung der eingesetzten Kunststoffmaterialien
- Durchführung geeigneter Kontrollversuche
- Quantitative Analyse der Abbauprozesse
Diese Maßnahmen sollen sicherstellen, dass Mikroorganismen und Enzyme identifiziert werden können, die tatsächlich in der Lage sind, schwer abbaubare Kunststoffe zu zersetzen. Langfristig könnten solche Erkenntnisse die Entwicklung biologischer Recyclingverfahren für weitere Kunststoffarten fördern und die Rückgewinnung wertvoller Ausgangsstoffe aus Kunststoffabfällen ermöglichen. Dadurch könnten Kunststoffe nicht nur entsorgt, sondern wieder in den Produktionskreislauf zurückgeführt werden.
Kontakt für wissenschaftliche Rückfragen
Prof. Dr. Dr. h.c. Uwe T. Bornscheuer
Institut für Biochemie
Felix-Hausdorff-Straße 4, 17489 Greifswald
Telefon: +49 3834 420 4367
E-Mail: uwe.bornscheuer@uni-greifswald.de
Quellenangaben
Bayer, T., Meinert, H., Wei, R., Bornscheuer, U.T. (2026): Advances in amidases and urethanases as depolymerisation biocatalysts, Nature Chemical Biology, https://doi.org/10.1038/s41589-026-02325-8
Stepnov, A.A., Werner, A., Yeom, S.J., Bornscheuer, U.T., Stahl, S.S., Beckham, G.T., Vaaje-Kolstad, G. (2026): Assessing biological degradation of non-hydrolysable synthetic polymers, Nature, https://doi.org/10.1038/s41586-026-10918-5
Weiterführende Informationen
Institut für Biochemie, Universität Greifswald – Forschung zu Biotechnologie und Enzymkatalyse
