ChitoMat – Ganzheitliche Chitin-Konversion in Materialien für 3D-Druckanwendungen und hochwertige Futtermittelzusatzstoffe

Herausforderung

Die Substitution von Werkstoffen auf Basis fossiler Rohstoffe durch nachwachsende Alternativen ist eine der größten Herausforderungen der chemischen Industrie. Insbesondere im Bereich der Polymere wächst die Nachfrage nach biobasierten Lösungen stetig. PLA, PHB und Cellulose sind die bis heute industriell am häufigsten eingesetzten Biopolymere. Die schlechten Eigenschaften von biobasierten Materialien insbesondere für den 3D-Druck in Kombination mit hohen Marktpreisen im Vergleich zu Alternativen auf fossiler Basis verhindert jedoch deren Marktdurchdringung. Daher müssen neue, preiswerte und leistungsfähige biobasierte Polymere entwickelt werden. Interessanterweise hat Chitin, das zweithäufigste Biopolymer der Erde, das Potenzial, diese Herausforderung zu meistern. Es kann aus Pilzen, Insekten und Schalentieren gewonnen werden. Die Verarbeitung von Krebstieren (z. B. Garnelen, Krabben, Hummer) in Kanada führte im Jahr 2016 zu mehr als 130.000 Tonnen Schalenabfällen, die rund 33.000 Tonnen Chitin enthalten. Die Verarbeitung von Krebstieren (z. B. Garnelen und Krabben) allein in der EU führt zu mehr als ~ 750.000 t/a Schalenabfällen und müssen daher als bedeutender Bioabfallstrom angesehen werden. Hauptproduktionsländer sind die Niederlande, Irland, Dänemark, Norwegen, Deutschland, Großbritannien und Island. Derzeit muss dieser Meeresbiomüll zu Kosten von etwa 7500 €/t in Deponien entsorgt werden, was weder eine ökonomische noch eine nachhaltige Strategie darstellt.

Ziele und Vorhaben

Der niedrige Preis für dieses Nebenprodukt der Fischerei- und Lebensmittelindustrie in Kombination mit den natürlichen Eigenschaften der biologischen Abbaubarkeit, der Biokompatibilität, der Atoxizität und der antimikrobiellen Aktivität, macht es zu einem idealen Ausgangspunkt für Materialien in der Medizin und Pharmazie sowie für Futtermittelzusatzstoffe. Unglücklicherweise zeigt Chitin in seiner natürlichen, nicht funktionalisierten Form keinen Glasübergangspunkt und wird bei Temperaturen von 280 °C abgebaut, wodurch es für die Anwendung als thermoplastisches Material unbrauchbar wird. Entscheidend für die Verwendung von Chitin in der Bioökonomie sind neben effizienten und wirtschaftlichen Verfahren zur Chitingewinnung, effiziente Methoden zur selektiven Funktionalisierung von Fischereiausfällen in ein neues thermoplastisches Biopolymer sowie geeignete Formulierungen um seine antimikrobiellen Eigenschaften in funktionelle Futtermittelzusätze zu übertragen.

Auswirkung

Thermoplastisch verarbeitbare Chitinderivate bieten die Möglichkeit, einen in großen Mengen anfallenden Abfallstroms der Fischereiindustrie für die Herstellung neuer Materialien zu nutzen. Ziel des Projektes ist, modifizierte Polysaccharide zu entwickeln, die vergleichbar mit Celluloseacetat fossil basierte Matrerialien ersetzen können.