Abschlussarbeiten

Untersuchung von Sollbruchstellen in Bioplastik

Bisher ist das mechanische und chemische Recycling von Biokunststoffen schwierig in der Umsetzung und kostenintensiv, was der Erhöhung des Marktanteils von Biokunststoffen entgegenwirkt. Um der Forderung von Umweltverbänden, den nachhaltigen Einsatz biobasierter Materialien zu steigern, nachzukommen, ist es notwendig Biokunststoffe der Wertschöpfungskette wieder zuzuführen. Polymilchsäure (PLA, ein Polyester der Milchsäure), gilt allgemein als bioabbaubar und ist unter geeigneten Bedingungen (hohe Temperatur, hohe mikrobielle Aktivität etc.) kompostierbar. Unter natürlichen Bedingungen (niedrige Temperatur, geringe mikrobielle Aktivität) findet jedoch so gut wie kein Abbau statt.

Eine Möglichkeit, sowohl einen recyclingfähigen als auch echten abbaubaren Biokunststoff zu entwickeln, könnte darin liegen, in das Polymer Sollbruchstellen einzufügen. Im Falle von PLA könnten Sollbruchstellen in Form von Disulfidbrücken oder Azobindungen eingefügt werden. Diese Bindung lassen sich technisch einfach elektrochemisch spalten, was zu einem werkstofflichen Recycling beiträgt. Fraglich dabei ist jedoch, wie die positiven Materialeigenschaften des PLA erhalten werden können und ob Sollbruchstellen dem Abbau in der Umwelt dienlich sind.

Aufgaben und Ziele werden individuell besprochen!

Integration eines Verfahrens zur Phosphorrückgewinnung in Verfahren zur stofflichen Nutzung organischer Reststoffe 

Das Projekt hat zum Ziel, die Rückgewinnung von Phosphor in Form von Phosphat in biotechnologische Prozesse basierend auf Siedlungsabfällen als Nährstoffquellen zu integrieren. Die Rückgewinnung von Phosphat erfolgt mittels behandelten Calciumcarbonats, gewonnen aus Schalen der Miesmuschel (M. edulis). Das Verfahren ermöglicht die stoffliche Verwertung und somit eine Nutzung des vollständigen Potentials phosphorhaltiger organischer Stoffströme. Das Ziel ist es vorhandene funktionelle Moleküle in höherwertige Verbindung mikrobiell umzuwandeln und simultan limitierte Elemente wie Phosphor zu gewinnen. 

In der näheren Zukunft wird es einem Wandel weg von der energetischen und hin zur stofflichen Nutzung geben, um die Ziele der Bioökonomie zu erreichen. Ein  integrierbares Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphat hat daher Modellcharakter, da es in verschiedenste biotechnologische Prozesse integrierbar ist.

Folgende Arbeiten können durchgeführt werden:

1.      Behandlung von Muschelschalen: Muschelschalen werden physikalisch/thermisch behandelt, um
         die Porengröße zu erweitern und die Adsorption von Phosphat zu steigern.

2.      Untersuchung von Adsorption und Desorption von Phosphat an Calciumcarbonat. Dabei wird die
         physikalische/thermische Behandlung auf ihre Wirksamkeit hin überprüft.

3.      Integration eines Adsorptionsmoduls in Fermentationsprozesse und Untersuchung der
         Funktionsfähigkeit unter realen Bedingungen.

A simple process for the material utilization of organic residues

Each year 1.3 billion tons of food waste is generated globally. This waste traces back to industrial and agricultural producers, bakeries, restaurants, and households. Depending on the region the waste is either composted, burned directly, or converted into biogas. All of the options set aside the fact that food waste is a valuable resource. Firstly, it is clear that avoidance of food waste is imperative. However, the waste that accumulates nonetheless should be utilized by material means, before energy or compost production is targeted.

This project aims at developing a process for the continuous microbial fermentation of food waste to lactic acid. The latter serves as feedstock for polylactic acid, a biodegradable plastic. The remainder of the fermentation after removal of lactic acid comprises of for instance lipids and phosphorus compounds, all of which will be reused as well. Phosphorus is of particular importance, since it is a limited resource.

Food waste from the university canteen in Lüneburg will be applied as substrate for the lactic acid fermentation. Starting from a batch process, a continuous operating simultaneous and saccharification process will be developed. Once this process is established, it is envisaged to broaden the substrate scope to organic household wastes in general, which also contain lignocellulosic material. The proposed decentralized process contributes to 1) minimizing the transport ways of organic waste, 2) an appropriate treatment and 3) closure of CO2 cycle by production of biodegradable chemicals and materials.