Mikroben und Mikroalgen: Biotechnologie gegen Luftverschmutzung und Plastikmüll
Es werden biotechnologische Werkzeuge wie gentechnisch veränderte Mikroalgen und Bakterien entwickelt, um Schadstoffe zu binden, Plastikmüll abzubauen und Biokunststoffe herzustellen. Die weltweite Produktionskapazität für Biokunststoffe soll sich bis 2029 verdoppeln, wobei Asien mit 55 % der Kapazität führend ist.
Die Biotechnologie entwickelt sich zu einem Schlüsselinstrument gegen Umweltverschmutzung und Plastikmüll – von Projekten mit Mikroalgen, die städtische Luft reinigen, bis hin zu gentechnisch veränderten Bakterien, die PET-Kunststoff abbauen oder in Vanillearoma umwandeln. Weltweit gelangen jedes Jahr 19 bis 23 Millionen Tonnen Plastikmüll in aquatische Ökosysteme, und das Weltwirtschaftsforum warnt, dass die Ozeane bis 2050 mehr Plastik als Fische enthalten könnten, wenn die Produktion unkontrolliert bleibt. Als Reaktion darauf konstruieren Forscher Mikroorganismen mit maßgeschneiderter DNA, um Schadstoffe abzubauen, Ressourcen aus Abfallströmen zurückzugewinnen und biologisch abbaubare Alternativen herzustellen.
Ein städtisches Konzept, das Projekt Liquid Planet, nutzt Biotechnologie auf Basis von Mikroalgen, um CO₂, Feinstaub und schädliche Gase aus der Umwelt zu binden und dabei Sauerstoff freizusetzen. Der Minister für Umwelt und Energiesicherheit beschrieb das System als „eine der bedeutendsten Verbindungen zwischen fortschrittlicher Biotechnologie, öffentlicher Gesundheit und urbaner Vision, die in den letzten Jahrzehnten entstanden sind“. Es betrachtet Photosynthese als ein neues globales Wirtschaftssystem, das Luftverschmutzung und Klimawandel zusammen mit wirtschaftlicher Nachhaltigkeit angeht.
Die Synthetische Biologie erweitert zudem das Spektrum gentechnisch veränderter Mikroben über Labor-Arbeitspferde wie Escherichia coli und Saccharomyces cerevisiae hinaus. Wissenschaftler suchen in der Natur nach Mikroben, die Schadstoffe bereits abbauen können, und nutzen dieses Wissen, um Organismen zu entwickeln, die diese Aufgabe besser erfüllen. Laut dem Chief Innovation Officer von LanzaTech sind „heute Dinge machbar, die vor einem Jahrzehnt als unmöglich galten“, was den Wandel zu einem Kreislaufmodell ermöglicht, bei dem Abfall für Kraftstoffe, Chemikalien und Materialien genutzt wird. Allerdings wird das Feld durch Bedenken hinsichtlich der Freisetzung genetisch veränderter Organismen in die Umwelt sowie durch einen Mangel an staatlicher Finanzierung und Anreizen ausgebremst.
Im Bereich der Plastikmüllentsorgung produzieren gentechnisch veränderte Algen der University of Missouri Limonen, das sie wasserabweisend macht, sodass Mikroplastik an ihnen haftet und zu einer sammelbaren festen Masse verklumpt. An der University of Edinburgh konstruierten Wissenschaftler E. coli so, dass es Terephthalsäure – die beim Abbau von PET entsteht – in Vanillin umwandelt, den Hauptbestandteil von Vanillegeschmack. Ein Team der Kobe University veränderte E. coli so, dass es Pyridindicarbonsäure (PDCA) aus Glukose als nachhaltige Alternative zu PET produziert, und erreichte dabei Konzentrationen, die mehr als siebenmal höher sind als zuvor berichtet. Forscher der North Carolina State University konstruierten einen Meeresmikroorganismus, der mit Vibrio natriegens und Ideonella sakaiensis zusammenarbeitet, um PET im Salzwasser abzubauen. An der University of Waterloo wird erforscht, wie mikrobielle Stoffwechselwege Plastik in Energiequellen umwandeln und enzymbasierte Methoden PET im Abwasser abbauen können, darunter Mikroben, die gleichzeitig Kohlendioxid und Plastikmüll verstoffwechseln.
Bei den Biokunststoffen machen Biokunststoffe nur 0,5 % der fast 414 Millionen Tonnen jährlich produzierten Kunststoffe aus, doch die weltweite Produktionskapazität soll sich von rund 2,47 Millionen Tonnen im Jahr 2024 auf etwa 5,73 Millionen Tonnen im Jahr 2029 verdoppeln. Asien dominierte 2025 mit etwa 55 % der Kapazität, während der Anteil Europas bis 2030 von 14 % auf 17,2 % steigen soll. Experten führen Asiens Führung auf starke staatliche Unterstützung, exportorientierte Industrien und Stärke bei biobasierter Produktion, Kohlenstoffabscheidung und -nutzung sowie Recycling zurück. Europa hingegen hat bei der Markteinführung fast keine Unterstützung wie Quoten oder Anreize. Das europäische Projekt ViSS entwickelt biobasierten und biologisch abbaubaren PHBV-Kunststoff aus Geflügel- und Zuckerindustrie-Rückständen über einen nicht-sterilen Fermentationsprozess; in Spanien wurde bereits ein PHBV-Pellet mit 10–15 % und 20–30 % 3HV-Gehalt entwickelt, und Pilot-Demonstratoren könnten bis Juni 2026 starten.