Mittwoch, 08. Dezember 2021

Tolle Idee! Was wurde daraus?Hightech-Fasern aus Kuhmist

Im Dung von Kühen, Pferden oder Elefanten steckt ein bislang ungenutzter Schatz: Zellulose. Vor einigen Jahren hatten Forschende die Idee, daraus hochfeste Nanozellulosefasern herzustellen - für Filterpapiere, Membranen und Verpackungen. Was wurde aus dieser Vision?

Von Andrea Hoferichter | 23.11.2021

Ein Bauer bringt mit einem Traktor Gülle auf ein Feld.
Kuhmist, der heute als Gülle auf Feldern verteilt wird, könnte künftig als Rohstoff für die Produktion von Nanozellulose dienen. (picture alliance / Bildagentur-online / McPhoto)
Alexander Bismarck und Kathrin Weiland sind Fachleute für Tierexkremente. Der Professor und die Doktorandin von der Universität Wien erkennen sofort, ob ein Kothaufen von einer Kuh, einem Pferd oder einem Elefanten stammt - nicht nur optisch, sondern auch am Geruch. „Pferdemist ist trockener, riecht vielleicht noch streng nach Ammoniak, aber das war's dann eigentlich schon", sagt Alexander Bismarck. Kuhgülle sei dagegen nicht ganz so nett, ganz zu schweigen von Elefantendung. Es sei denn, man sterilisiert ihn, erklärt Kathrin Weiland: „Wir benutzen praktisch einen Dampfdruckkochtopf – es riecht dann einfach nach Kräutertee danach.“

Elefantendung als Modell für andere Mistarten

Das ist auch im Labor von Vorteil und ein Grund, warum das Team vor einigen Jahren begann, mit Elefantendung zu experimentieren – als Modell für andere Mistarten. Die Idee: die Zellulosefasern aus anverdautem Heu und Stroh zur Produktion von Nanozellulose zu nutzen, die ein zunehmend begehrtes Material ist. Denn: Nanozellulosefasern sind biologisch abbaubar, etwa tausendmal dünner als menschliche Haare und dabei so fest wie Stahl. Sie eignen sich unter anderem als Rohstoff für Membranen, Verpackungen und für feinporige Filterpapiere, die etwa Schwermetalle oder Viren zurückhalten.

 Holz und Kokosmilch dienen heute als Rohstoff

Aktuell wird Nanozellulose vor allem aus Holz gemahlen oder mit Hilfe von Bakterien produziert. Zum Beispiel aus Zucker oder Kokosmilch, sagt Alexander Bismarck: „Zum Beispiel Nata de Coco, das ist fermentierte Kokosnussmilch. Der Prozess ist eben nur sehr langsam. Es dauert bis zu sieben Tage, um eine Schicht von einem Zentimeter herzustellen.“

Die Fasern aus den Exkrementen der Pflanzenfresser lassen sich schneller umwandeln. Und mit etwa 40 Prozent Zellulose enthalten sie ähnlich viel Ausgangssubstanz wie Holz, der zurzeit wichtigste Rohstoff für die Nanozelluloseproduktion. Tierischer Dung könnte also sogar helfen, Bäume zu schützen. Außerdem wurden die Fasern aus dem Mist durch kräftige Gebisse vorgemahlen und mit Verdauungssäften traktiert. Das spart Chemikalien und Energie bei der Aufbereitung.
Ganz ohne gehe es aber nicht, so Kathrin Weiland: „Eigentlich nutzen wir den traditionellen Papierherstellungsprozess. Das heißt, auch dort muss praktisch erstmal alles extrahiert werden, was nicht Zellulose ist oder was wir nicht für die Papierherstellung brauchen. Zuerst wird es alkalisch extrahiert und dann nochmal gebleicht, damit man eben diese weißen Zellulosefasern hat."

Der Prozess ähnelt der klassischen Papierherstellung

Danach kommt eine elektrische Mühle zum Einsatz, um am Ende Material im Nanometermaßstab ernten zu können, erklärt die Doktorandin an der Uni Wien: "Das heißt wir müssen es kleimahlen im Prinzip und die Fasern auseinanderkriegen, damit wir halt sehr dünne Fasern haben. Dann kann man es praktisch filtern und pressen und dann hat man Papier.“

In den letzten Jahren haben die Forschenden aus Wien immer wieder Nanozellulosepapiere aus Elefantendung hergestellt, unter dem Elektronenmikroskop begutachtet und die Reißfestigkeit geprüft. Und sie haben untersucht, ob die Qualität der Papiere auch dann noch stimmt, wenn der Mist in einer Biogasanlage vorbehandelt wurde. Dann ließen sich neben Nanozellulose zusätzlich Strom und Wärme produzieren und Dünger für die Felder.

Das Problem: Schwankende Qualität

Die Ergebnisse hat das Team gerade in einer Fachzeitschrift veröffentlicht. Danach hängt die Stabilität der Nanopapiere unter anderem vom Tierfutter ab. Die Qualitätsschwankungen ließen sich aber mit größeren Mengen Dung aus verschiedenen Quellen in den Griff bekommen, sagt Kathrin Weiland. Im Grunde sei das Verfahren reif für die Praxis: „Da kriegen wir hohe Biogaswerte, auch sehr viel Zellulose wieder raus. Und derzeit sind wir dabei, zu schauen, wie das Ganze mit Pferd praktisch funktionieren würde. Weil wir eher sozusagen europarelevante Tierhaltung uns anschauen wollen.“

Auch Kuhmist wollen die Forschenden als Rohstoff für Nanozellulose testen, zudem Geflügelexkremente und Mischungen verschiedener Dungsorten. Noch ist allerdings unklar, ob sich ein Investor für die Produkte aus Tiermist begeistern kann, auch wenn von dem unappetitlichen Rohstoff am Ende rein gar nichts mehr zu sehen und zu riechen ist.