Weiße Biotechnologie/ Enzyme

Das Potential der „Weißen Biotechnologie“ als ökologisch vorteilhafte und dabei auch ökonomisch Erfolg versprechende Technologie steht in vielen Bereichen außer Frage. Insbesondere der Einsatz von Enzymen hat sich in zahlreichen Teildisziplinen der Lebensmittel-, Zellstoff- aber vor allem auch der Textilindustrie erfolgreich durchgesetzt. Enzymatisch-katalysierte Reaktionen besitzen gegenüber konventionellen, chemischen Prozessen zahlreiche Vorteile. So können die Enzyme zumeist bei moderaten Temperaturen in pH-Wert-Bereichen nahe dem Neutralpunkt verwendet werden. Da sie als Katalysatoren wirken, werden sie im Verlaufe der Reaktion nicht verbraucht, so dass für einen genügend hohen Umsatz oft kleinste Mengen ausreichend sind. Weitere Vorteile sind ihre hohe Substratselektivität, ihre biologische Abbaubarkeit und ihre zumeist gefahrlose und einfache Handhabung.

Seit Mitte der 80er Jahre untersucht das Deutsche Textilforschungszentrum Nord-West e.V. (DTNW) erfolgreich den Einsatz von Enzymen in der Baumwollvor- und Nachbehandlung. So konnte erstmals gezeigt werden, dass Pektinasen in der Lage sind, störende Baumwollbegleitsubstanzen aus dem cellulosischen Material auch ohne den Einsatz von Laugen zu entfernen. Außerdem wurde in einem von der Deutschen Umweltstiftung geförderten Projekt der Einsatz unterschiedlicher Enzyme derartig optimiert, dass verschiedene Stufen der Baumwollvorbehandlung kombiniert werden können, was eine enorme Einsparung an Wasser, Energie und Hilfschemikalien zur Folge hat.

Das DTNW hat in den vergangenen zwanzig Jahren einen wesentlichen Beitrag zur Etablierung derartiger enzymatischer Prozesse in der Textilindustrie geleistet und versteht sich auch in Zukunft als Vorreiter der „Weißen Biotechnologie“ in Deutschland, wobei das Potenzial derartiger umweltschonender, biochemischer Applikationen noch lange nicht ausgereizt erscheint, was weitere, langfristige Forschungsarbeit erfordert. Dies betrifft insbesondere die Enzymklasse der Oxidoreduktasen - die im Gegensatz zu den Hydrolasen - von der textilen Forschung bislang weitestgehend ausgenommen wurde. Die bisher erworbenen, vielversprechenden Erkenntnisse bezüglich Katalasen, Peroxidasen und Laccasen im Bereich der Baumwollbleiche und dem sogenannten Bleach-Clean-up weisen dabei den Weg in die Zukunft, enzymatisch-katalysierte Oxidationen an polymeren Materialien zu deren Vorbehandlung aber auch zu deren gesteuerten Oberflächenmodifizierung zu verwirklichen.

Neben der Substitution klassischer Verfahren durch den Einsatz von Enzymen beschäftigt sich das DTNW in Bereich der „Weißen Biotechnologie“ mit biologischen Verfahren zur Generierung von Wertstoffen aus textilen Abwässern. So fallen bei der klassischen Entschlichtung von Baumwollgeweben in textilveredelnden Betrieben Abwässer mit einer hohen CSB-Belastung an, die ungenutzt entsorgt werden. Im Rahmen eines von der Deutschen Umweltstiftung geförderten Forschungsvorhabens wurde eine neue Strategie zur biologischen Umwandlung dieser zuckerhaltigen Abwässer mit Hilfe von methanbildenden Bakterien zu Biogas entwickelt. Sowohl eine Biogasanlage im Labormaßstab als auch eine verwirklichte Technikumsanlage produzierten über mehrere Monate unter stabilen Bedingungen Biogase mit einem hohen Methangehalt von ca. 60 %. Gleichzeitig wurde der CSB-Gehalt im Ablauf der Anlagen gegenüber dem einlaufenden Substrat um 75 - 80 % reduziert. Neben den ökologischen Vorteilen ergab eine ökonomische Bilanzierung ein deutliches Einsparpotential von etwa 0,4 ct/m2 Rohbaumwolle, das sich aus der Verringerung der Abwasserentsorgungskosten und der aus dem Biogas generierbaren Wärmemenge zusammensetzt.