Pilze können hartes Plastik innerhalb von 140 Tagen zersetzen

Fast ein Drittel des weltweiten Plastikmülls besteht aus Polypropylen, einem robusten Kunststoff, der zur Herstellung von Flaschenverschlüssen und Lebensmittelbehältern verwendet wird und dessen Abbau Hunderte von Jahren dauern kann. Doch jetzt haben Wissenschaftler zwei im Boden vorkommende Pilzstämme genutzt, um Laborproben von Polypropylen in nur 140 Tagen abzubauen.

Die beiden Pilze Aspergillus terreus und Engyodontium album haben in den Laborexperimenten eine Mahlzeit aus dem Kunststoff hergestellt: Zwischen 25 und 27 Prozent der Proben waren nach 90 Tagen aufgefressen, nach 140 Tagen war der Kunststoff vollständig abgebaut, berichten die Forscher.

Das australische Wissenschaftlerteam unter der Leitung der Doktorandin Amira Farzana Samat, das hinter der Studie steht, hat seine Arbeit als „wichtiges Sprungbrett“ bei der Entwicklung praktischer biologischer Methoden zur Behandlung von Plastikmüll beschrieben.

„Es ist die höchste uns bekannte Abbaurate weltweit“, sagte der Chemieingenieur Ali Abbas von der University of Sydney dem Technologiereporter der Australian Broadcasting Corporation, Danny Tran.

Während es für Pilze ein Geschwindigkeitsrekord sein könnte, konnten plastikfressende Bakterien, die kürzlich in einem Komposthaufen entdeckt wurden, 90 Prozent von PET (Polyethylenterephthalat) in nur 16 Stunden abbauen. Aber ein bisschen gesunder Wettbewerb ist gut; So funktioniert Evolution.

Bisher wurde festgestellt, dass mehr als 400 Mikroorganismen Kunststoffe auf natürliche Weise abbauen, wobei Pilze aufgrund ihrer Vielseitigkeit und Fähigkeit, alle Arten synthetischer Substrate mit einem leistungsstarken Enzymgemisch abzubauen, einiges an Aufmerksamkeit auf sich ziehen.

„Jüngste Studien deuten darauf hin, dass einige Pilze sogar einige der ‚ewigen Chemikalien‘ wie PFAS abbauen könnten, aber der Prozess ist langsam und noch nicht gut verstanden“, erklärt der Mikrobiologe Dee Carter von der University of Sydney.

Auf grundlegender chemischer Ebene sind Kunststoffe eine Reihe von Kohlenstoffatomen, die mit unterschiedlichen Seitenketten versehen sind, die jeder Kunststoffart ihre spezifischen Eigenschaften verleihen. Theoretisch sollte das Recycling von Kunststoffen so einfach sein, wie die sich wiederholenden Untereinheiten, aus denen Kunststoffe bestehen, auseinanderzunehmen und sie wieder zu etwas Neuem zusammenzusetzen.

Aber es gibt so viele verschiedene Arten von Kunststoffen, dass es praktisch unmöglich ist, sie zu trennen und zu recyceln, wenn sie alle zusammengeschwappt und als Abfall mit anderen Materialien vermischt werden. Der meiste Plastikmüll wird entweder verbrannt oder auf Mülldeponien entsorgt.

„Wir müssen die Entwicklung disruptiver Recyclingtechnologien unterstützen, die die Kreislauffähigkeit von Kunststoffen verbessern, insbesondere solche Technologien, die auf biologischen Prozessen basieren“, sagt Abbas.

Laborexperimente zeigten, dass die beiden Pilze gemeinsam Granulat und dünne Filme aus Polypropylen sowie mit Aluminium beschichtete Polypropylenfolien zersetzen konnten.

Während die Forscher noch nicht genau wissen, wie die Pilze das Plastik verdaut haben – das könnte der Schwerpunkt zukünftiger Forschung sein – geht man davon aus, dass Pilze Materialien wie Plastik in einfachere Moleküle abbauen, die sie dann aufnehmen oder ausscheiden können.

Wie Sie im Bild unten sehen können, wurde der normalerweise glatte Kunststoff mit Pockennarben übersät, als die Pilze ihre Drecksarbeit verrichteten.

Mikroskopische Bilder, die den durch Pilze abgebauten Kunststoff (rechts) im Vergleich zur unbehandelten Probe (links) zeigen. (Samat et al., npj Materials Degradation, 2023)

Die Methode erfordert einen Vorbehandlungsschritt mit entweder UV-Licht, Hitze oder einem chemischen Reagenz, um das Abfallmaterial zu schwächen, damit die Pilze es angreifen können. Dieser Schritt ahmt die Umgebungsbedingungen nach, die Pilze benötigen, um sich an Kunststoffen festzusetzen und diese aufzubrechen, und soll den Abbauprozess effizienter gestalten.

Abbas sagt, dass ihre Methode wie jeder Fermentationsprozess skaliert werden könnte, fügt jedoch hinzu, dass sein Team die experimentellen Bedingungen für die Arbeit im industriellen Maßstab noch nicht optimiert habe. Die Methode sei auch kein Ersatz für Bemühungen zur Reduzierung des Plastikmülls, sagt er.

Eine vorhersehbare Einschränkung, die bei plastikzerkleinernden Mikroben häufig vorkommt, besteht darin, dass sie beim Abbau höher kristalliner Formen von Kunststoffen, die in kommerziellen Produkten verwendet werden, ebenso Schwierigkeiten haben wie bei anderen Arten von Kunststoffabfällen.

Zu den nächsten Schritten für die Forscher gehören der Bau eines Tischprototyps, das Testen von Modifikationen zur Beschleunigung des Prozesses sowie die Bewertung der wirtschaftlichen Machbarkeit und der Umweltauswirkungen der Verwendung ihrer Methode im kommerziellen Maßstab.

Allerdings ist der Weg vom Experimentieren auf dem Labortisch bis zur Entwicklung eines kommerziell nutzbaren Produkts oft holprig.

Zuletzt hörten wir im Jahr 2015, dass Forscher hinter einem kugelähnlichen Prototypengerät namens Fungi Mutarium – das Plastikmüll mithilfe von zwei Arten von Pilzen in ein sicheres, essbares Produkt verwandelt – ihre Arbeit fortsetzten, um den Zersetzungsprozess zu beschleunigen.

In jüngerer Zeit waren Wissenschaftler damit beschäftigt, Wege zu finden, nützliche Biokunststoffe aus Luft herzustellen, recycelbare Kunststoffe aus Sekundenkleber anstelle von Rohöl herzustellen und Kunststoffpolymere wieder in flüssigen Kraftstoff umzuwandeln.

Diese aufregenden Entdeckungen erfordern noch viel mehr Arbeit, um die riesigen Mengen an Plastikmüll, die sich schnell anhäufen, tatsächlich einzudämmen.

Die Forschung wurde in npj: Materials Degradation veröffentlicht.

Quelle: ScienceAlert