In der modernen Industrie fallen bei der Verarbeitung von Meeresfrüchten, der Insektenzucht und der Pilzzucht erhebliche Mengen an chitinhaltigen Reststoffen an. Das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) hat nun eine innovative Prozesskette entwickelt, die es ermöglicht, diese Abfälle in wertvolle Produkte umzuwandeln. Der Hauptfokus liegt dabei auf der Gewinnung von Chitin, das anschließend in die biologisch abbaubare Verbindung Chitosan umgewandelt wird. Diese Substanz bietet vielversprechende Möglichkeiten für nachhaltige Verpackungen und Beschichtungen und könnte helfen, erdölbasierte Kunststoffe zu ersetzen.
Chitin, das als Strukturmaterial in den Exoskeletten von Krustentieren, Insekten und auch in Pilzen vorkommt, ist nach Cellulose das zweithäufigste Biopolymer auf unserem Planeten. Aufgrund seines hohen Stickstoffgehalts findet Chitin bereits Anwendung als Dünger und Bodenverbesserer in der Landwirtschaft. Bisher wurde jedoch hauptsächlich Chitin aus Krabbenschalen kommerziell genutzt. Angesichts der wachsenden Mengen an chitinhaltigen Reststoffen aus der Lebensmittelindustrie und Biotechnologie – darunter Insektenhäute und Myzelrückstände – ist es wichtig, auch diese Quellen zu erschließen.
Das Team am Fraunhofer IGB hat es geschafft, nicht nur Chitin aus Krabbenschalen, sondern auch aus Insektenexoskeletten und Pilzmyzel zu extrahieren. Dies geschieht im Rahmen einer Bioraffinerie, in der die Reststoffe schonend aufbereitet und in wertvolle Produkte umgewandelt werden. Die Herausforderung besteht darin, die unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen der Ausgangsmaterialien zu berücksichtigen. Zum Beispiel müssen Krabbenschalen von Kalkeinlagerungen und Proteinen gereinigt werden, während Chitin in Pilzmyzel oft an Glukane gebunden ist.
Dr. Thomas Hahn, der die Arbeiten am Fraunhofer IGB leitet, betont die Notwendigkeit angepasster Extraktionsprozesse, die auf die spezifische chemische Zusammensetzung der Reststoffe abgestimmt sind. Hierzu wurden neue Analysemethoden entwickelt, die es ermöglichen, den Chitingehalt der Zwischenprodukte nach jedem Verarbeitungsschritt zu überwachen. Um die chemisch-physikalischen Eigenschaften von Chitin zu bewahren, wird bei der Extraktion bevorzugt auf wässrige Medien und Enzyme zurückgegriffen, um Verunreinigungen selektiv zu entfernen. Dies sorgt nicht nur für eine schonende Behandlung des Materials, sondern auch für eine wirtschaftliche Umsetzung der Prozesse.
Die Umwandlung von Chitin in Chitosan, einem wasserlöslichen Biopolymer, ist ein weiterer wichtiger Schritt. Chitosan hat zahlreiche vorteilhafte Eigenschaften, darunter antibakterielle und geruchshemmende Wirkungen, und eignet sich hervorragend für die Herstellung von Folien und Beschichtungen. Die konventionelle Herstellung erfordert oft hohe Temperaturen und aggressive chemische Bedingungen, was die Forschung am Fraunhofer IGB dazu anregte, die Reaktionsbedingungen zu optimieren. Durch verbesserte Prozesse wird eine Chitosan-Reinheit von über 90 Prozent erreicht, unabhängig von der Quelle des Chitins.
Die vielseitige Anwendbarkeit von Chitosan zeigt sich in verschiedenen Bereichen. In der Medizin wird es aufgrund seiner biokompatiblen Eigenschaften in Wundauflagen eingesetzt. Auch die Kosmetikindustrie nutzt Chitosan wegen seiner feuchtigkeitsspendenden Eigenschaften. Darüber hinaus kann Chitosan in der Textilindustrie als biobasierte Flockungsmittel oder als Matrix für wasserabweisende Ausstattungen Verwendung finden. Transparentes Chitosan wurde bereits als nachhaltige Verpackungslösung entwickelt, die eine umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen darstellen könnte.
Ein spannendes Projekt, das aus dieser Forschung hervorgeht, ist die Entwicklung von textilen Anwendungen aus Chitosanfäden. Das Designteam von SurrealLabor hat in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IGB neue textilbasierte Prototypen entwickelt, die das Potenzial von Chitosan in der Textilindustrie erkunden. Diese Entwicklungen könnten dazu beitragen, eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft zu fördern und lokale Ressourcen effektiver zu nutzen.
Insgesamt zeigt die Forschung am Fraunhofer IGB, dass die Wiederverwertung von chitinreichen Abfällen nicht nur ökologisch sinnvoll ist, sondern auch neue wirtschaftliche Möglichkeiten eröffnet. Durch die Nutzung lokaler Ressourcen können Abhängigkeiten von fossilen Rohstoffen reduziert und innovative Produkte geschaffen werden, die den Anforderungen einer nachhalt
