Vorprodukte für die Kunststoffindustrie aus nachwachsenden Quellen

„Weltweit werden jedes Jahr über 360 Millionen Tonnen Kunststoffe hergestellt, zumeist auf Erdölbasis. Wir haben gezeigt, dass auch heimisches Distelöl eine sinnvolle Rohstoffquelle für diese Industrie sein kann. In einem komplexen biotechnologisch-chemokatalytischen Verfahren konnten wir die in dem Öl enthaltenen Fettsäuren in Amino-Fettsäuren umwandeln, aus denen in Zukunft Polyamid hergestellt werden kann“, sagt Projektleiter Prof. Dr. Ulrich Schörken.

Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Vorhaben basierte auf drei Dissertationen. In einem ersten Schritt entwickelte Valentin Gala Marti eine Enzymkaskade, um aus Distelöl Hydroperoxide zu synthetisieren. Dieser Stoff bildete die Ausgangslage für die Doktorarbeit von Anna Coenen. Sie konzipierte ein neues biokatalytisches Reaktionssystem, das in einer Einstufensynthese die Hydroperoxide in  Amino-Fettsäuren umwandelt. Diese wiederum sind Vorstufen zur Herstellung von Polyamiden wie zum Beispiel Nylon.

Schematische Darstellung des im Projekt entwickelten biotechnologisch-chemokatalytischen Verfahrens (Bild: TH Köln)

Parallel dazu suchte das Team auch nach einer chemischen Lösung zur Herstellung der Amino-Fettsäuren. Dafür entwickelte Doktorand Jan Drönner aus der Forschungsgruppe von Prof. Dr. Matthias Eisenacher neue Katalysatoren, die er zunächst in der Herstellung von Phenol testete. „Was eigentlich nur als Versuch angedacht war, hat sich als äußerst spannender Prozess für die Produktion von Phenol herausgestellt, einen Grundstoff der chemischen Industrie. Hier haben wir eine Erfindungsmeldung eingereicht“, sagt Eisenacher.

Die gleichen Katalysatoren erprobte das Projektteam auch zur Spaltung der Hydroperoxide. „Diese Methode funktioniert zwar, allerdings noch nicht ausreichend. Hier sind weitere Forschungen nötig. Als ‚Proof of Concept‘ konnten wir aber zeigen, dass sowohl eine rein enzymatische als auch eine gemischte bio- und chemokatalytische Lösung funktionieren kann“, sagt Schörken. So seien im Projekt zwei vielversprechende Wege entwickelt worden, um künftig Zwischenprodukte für die Kunststoffindustrie aus nachhaltigen Quellen zu gewinnen.

Zum Forschungsprojekt erschienen bisher folgende Publikationen:

• Gala Marti, V.; Coenen, A.; Schörken, U. Synthesis of Linoleic Acid 13-Hydroperoxides from Safflower Oil Utilizing Lipoxygenase in a Coupled Enzyme System with In-Situ Oxygen Generation. Catalysts (2021). https://doi.org/10.3390/catal11091119
• Drönner, J.; Hausoul, P.; Palkovits, R.; Eisenacher, M. Solid Acid Catalysts for the Hock Cleavage of Hydroperoxides. Catalysts (2022). https://doi.org/10.3390/catal12010091
• Coenen, A.; Marti, V.G.; Müller, K.;  Sheremetiev, M.; Finamore, L.; Schörken, U. Synthesis of Polymer Precursor 12-Oxododecenoic Acid Utilizing Recombinant Papaya Hydroperoxide Lyase in an Enzyme Cascade. Appl Biochem Biotechnol (2022). https://doi.org/10.1007/s12010-022-04095-0