"Die neue Art von Kunststoff mit einer Erschließungsausbeute von 95% entwickeln. 'Fucher Bio' erhält eine Millionen-Dollar-Angelrunde-Finanzierung. | Exklusiv von 36Kr."

Im Laufe eines Lebens kann sich eine Menge von „Mikroplastik“ im Gehirn ansammeln, die bis zu 10 g erreichen kann, was dem Gewicht von zwei Kreditkarten entspricht! Die Ablagerung von Mikroplastik im Gehirn kann das Risiko degenerativer Erkrankungen wie Alzheimer erhöhen.

Anfang Februar veröffentlichte eine Studie in der angesehenen Zeitschrift „Nature Medicine“ diese Forschungsergebnisse, die erneut die Aufmerksamkeit der Öffentlichkeit auf das Problem des „Mikroplastiks“ im menschlichen Körper lenkten. Tatsächlich haben Wissenschaftler Mikroplastikpartikel nicht nur im Gehirn, sondern auch in Leber, Nieren und sogar in Plazenten und Uteri entdeckt.

Die Risiken der Plastikverschmutzung bedrohen die Gesundheit der Menschen, wobei von den unzähligen Plastikprodukten nur etwa 9 % recycelt werden können. Um dieses Problem zu lindern, entwickeln viele Unternehmen aktiv neue biobasierte Kunststoffe, wie abbaubare PHA (Polyhydroxyalkanoate), PLA (Polymilchsäure), PCL (Polycaprolacton) usw., um schwer abbaubare petrochemische Kunststoffe wie PET (Polyethylenterephthalat), PE (Polyethylen), PP (Polypropylen) zu ersetzen.

Kürzlich hat das Jay Keasling Labor einen internationalen Vorreiter im Bereich der synthetischen Biologie gegründet, eine Firma namens Future Bio, die auf biotechnologische Weise erfolgreich einen neuen Kunststoff mit einer Recyclingrate von bis zu 95 % entwickelt hat: Biomasse Vitrimer (glasartiges Epoxidharz). Laut Wang Zilong, Mitbegründer und CEO der Firma, kann dieser „Kunststoff der Zukunft“ in einer Salzsäureumgebung vollständig aufgelöst werden, und die daraus resultierenden Biomasseprodukte können recycelt und als neue Rohstoffe in das Nutzungskreislaufsystem des Kunststoffs zurückgeführt werden.

36Kr erfuhr exklusiv, dass Future Bio (https://www.fuche.bio) kürzlich eine Angel-Runde-Finanzierung im Wert von mehreren Millionen US-Dollar abgeschlossen hat, angeführt von Yaotu Capital, mit Beteiligung von Xianfeng Evergreen, XtalPi, Capital O, IMO Ventures, und Leap Capital fungierte als exklusiver Finanzberater. Die neue Finanzierungsrunde wird hauptsächlich für den Aufbau des Teams und die Pilotvalidierung verwendet. Gleichzeitig hat Future Bio eine strategische KI-Forschungspartnerschaft mit XtalPi etabliert, um die kontinuierliche Weiterentwicklung von Materialien und Prozessen zu fördern.

Entwicklung von hochintegrierten „Zellfabriken“

Wang Zilong und der Mitbegründer und CTO von Future Bio, Seokjung Cheong, sind beide Postdoktoranden des Jay Keasling Labors an der University of California, Berkeley, und sind auf Proteinengineering und Stammentwicklung spezialisiert. Neben der wissenschaftlichen Beratung durch Jay Keasling hat Future Bio auch Howard Chou, ehemaliger Direktor und Chief Technology Officer bei Cathay Biotech, als Berater für Fermentationsproduktion hinzugezogen.

Plastikrecycling und Kreislaufwirtschaft sind kein neues Thema. Sowohl petrochemische als auch biobasierte Kunststoffe benötigen große Mengen an Rohstoffen. Für biobasierte Kunststoffe sind die zur Herstellung benötigten Rohstoffe meist Zucker, Palmöl und andere Kohlenstoffquellen, die hauptsächlich aus Nahrungsmitteln gewonnen werden. Neben der menschlichen Gesundheit ist eine effiziente, kostengünstige und großflächige Kunststoffwiederverwertung auch aus Gründen der Nahrungsmittel- und Energiesicherheit dringend erforderlich.

Vitrimer-Materialien wurden erstmals 2007 von einem französischen Wissenschaftler erfunden und ursprünglich zur Herstellung von Luftfahrtgläsern verwendet. Aufgrund der komplexen Molekularstruktur war es schwierig, diese auf chemischem Weg zu synthetisieren, was die Produktionskosten in die Höhe trieb und ihre großflächige Anwendung verhinderte.

Technisch gesehen sind traditionelle Kunststoffmoleküle meist linear polymerisiert, während das von Future Bio entwickelte Biomasse-Vitrimer „dreidimensional extensiv polymerisiert“ ist, was es ermöglicht, eine hohe mechanische Festigkeit zu erreichen und in verschiedenen Anwendungsbereichen eingesetzt zu werden.

Um die biologische Herstellung von Vitrimer zu erreichen, hat Future Bio ein kombiniertes Enzym entwickelt: Polyketonsynthase. Wang Zilong vergleicht es mit einer intelligenten Produktionsstätte für Elektrofahrzeuge, bei der der enzymatische Katalyseprozess einer hochintegrierten Produktionslinie gleicht, die hochreines Innerlacton produziert.

„Die von uns verwendeten Stämme sind Modellstämme wie E. coli und Hefepilze; die zur Herstellung von Vitrimer benötigten Moleküle werden außerhalb der Zellen freigesetzt und kristallisieren in mittleren bis geringen Konzentrationen übersättigt aus, während die Fermentationsumgebung neutral bleibt. Während des Produktionsprozesses ist es nicht erforderlich, den pH-Wert der Fermentationsumgebung zu ändern oder die (Zell-)Wand zur Extraktion des Produkts aufzubrechen, wodurch die Reinheit des Fermentationsprodukts hoch bleibt und die Kosten für die Reinigung erheblich gesenkt werden können“, erklärte Wang Zilong.

Bildquelle: Future Bio

Wie erreicht man ein effizientes Recycling und eine Kreislaufwirtschaft von Kunststoffen?

Die biologische Synthese von neuen Vitrimer-Molekülen und deren Entwicklung zu Kunststoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie Kunststoffbehältern, Automobilkunststoffen usw., ist der erste Schritt zur Anwendung. Die eigentliche Begeisterung des Future Bio-Teams liegt jedoch in der Recyclingfähigkeit dieser Plastikprodukte.

Wang Zilong erklärte, dass der von ihnen entwickelte Biomasse-Vitrimer in einer Salzsäureumgebung nach einer bestimmten Zeitspanne zerfällt: „Säurebruch öffnet molekulare Bindungen, wodurch aus einem polymeren Aggregatzustand ein diskreter Zustand kleiner Moleküle entsteht. Diese kleinen Moleküle können wie die Rohmaterialien recycelt werden. Und um diese Rohstoffe aus der Lösung zu trennen, reicht es aus, ein einfaches ‚Sieb‘ zu verwenden, ohne zusätzliche Katalysatoren oder komplexe Reinigungs- und Trennprozesse erforderlich zu machen. Dies senkt die Kosten erheblich.“

Bildquelle: Future Bio

Obwohl Regierungen den Prozess mit bestimmten Subventionen unterstützen, ist das Recycling von Plastikprodukten, die sich über die ganze Gesellschaft verteilen, aufgrund der langen Kette und der hohen Kosten schwierig. Nur wenn die Kosten für das Recycling von Kunststoffen ausreichend niedrig sind und die wirtschaftlichen Anreize für die Nutzung regenerativer Ressourcen groß genug sind, kann dies die verschiedenen Akteure entlang der Wertschöpfungskette dazu motivieren, dies freiwillig zu tun.

Derzeit erforscht Future Bio kommerzielle Anwendungsszenarien und arbeitet mit führenden Marken aus den Bereichen Verpackung, Automobil, Druck, Haushaltswaren usw. zusammen, um ihnen leistungsstarke, recycelbare Kunststoffprodukte zu liefern.

Zum Beispiel gibt es in der Automobilindustrie einige Teile, die aus einer Mischung aus Kunststoff und Metall bestehen. Hersteller möchten das Metall recyceln, aber der Zeit- und Kostenaufwand für das Entfernen des Kunststoffs ist hoch. „Wenn solcher leistungsstarker Recycling-Kunststoff verwendet wird, lassen sich die Teile in einer Salzsäureumgebung auflösen, sodass nur das Metall verbleibt“, erklärte Wang Zilong.

Beispielsweise müssen große Druckermarken jährlich Milliarden von Druckerpatronen recyceln und verwenden mechanische Verfahren, um die Kunststoffe zu recyceln, was zu einer geringen Rückgewinnungsrate führt. Daher besteht, wenn die Leistung und die Kosten kontrollierbar sind, ein Anreiz, den neuen, recycelbaren Kunststoff zu wechseln.

Nicht nur das, Future Bio hat mit Unterstützung der AI-Plattform der University of California, Berkeley, erfolgreich die freie Anpassung der molekularen Struktur des Biomasse-Vitrimers erreicht und technische Durchbrüche erzielt, um die Auflösbarkeit von Kunststoffen teilweise zu kontrollieren.

Zahlreiche Marken zeigen Interesse an biotechnologisch hergestellten Kunststoffen mit hoher Rückgewinnungsrate und unterstützen Ersatzprodukte, die sowohl hohe Leistungsanforderungen erfüllen als auch grün und recycelbar sind. Um den umfangreichen Marktbedarf abzudecken, bleibt das Hauptaugenmerk darauf, die Produktion zu steigern und die Kosten zu senken.