Materialforschung

Umweltfreundliche Lacke: Schwermetalle durch natürliche Enzyme ersetzt

Alkydharze sind mit 700.000 Tonnen im Jahr die in der EU am häufigsten eingesetzten Lacke. Bislang enthalten diese das potenziell krebserregende Schwermetall Kobalt in einer der 20-fachen Menge des ab 2014 zugelassenen Grenzwertes. Grazer Forschern ist es nun gelungen, dieses Schwermetall durch natürliche Enzyme eines Baumschwamms zu ersetzen. Der Biolack hatte bereits das Finale des Fast Forward Award 2012 erreicht, die Markteinführung ist für 2014 geplant.

Die ausführliche Beschreibung der Innovation:

Das Kompetenzzentrum acib und Firmenpartner Cytec Austria machen Lacke umweltfreundlicher: Gesundheitlich bedenkliche Schwermetalle werden durch natürliche Enzyme ersetzt. Das Projekt erreichte das Finale des Fast Forward Award 2012 und wurde eben wissenschaftlich geadelt: durch die Titelseite des „Green Chemistry“.

Holzböden, Gartenmöbel, diverse Anstriche im Innen- und Außenbereich – kaum jemand greift im Lauf seines Lebens nicht zu einem Lack. Am häufigsten im Einsatz sind sogenannte „Alkydharze“. Allein in Europa werden 700.000 Tonnen davon pro Jahr hergestellt. Doch kaum jemand war sich bisher bewusst, dass der neue Anstrich nur deshalb fest wird, weil das Schwermetall Kobalt den Trocknungsprozess beschleunigt.

Seit unlängst entdeckt wurde, dass Kobalt potenziell Krebs erregend ist, denkt die Lackindustrie an Alternativen. Die Firma Cytec Austria aus Graz und Werndorf fand zusammen mit dem Austrian Centre of Industrial Biotechnology (acib) eine Lösung: Gemeinsam ersetzte man Kobalt durch Enzyme, die nun den Lack aushärten lassen.

„Die Idee dazu entstand 2009“, erzählt Enzymspezialist Prof. Georg Gübitz, zuständiger Projektbetreuer bei acib und Professor am Department für Agrarbiotechnologie der Universität für Bodenkultur Wien. Das verwendete Enzym stammt vom Baumschwamm Trametes hirsuta, zu deutsch die „Striegelige Tramete“, isoliert aus seinem Garten in Graz. „Wir wussten, dass der Pilz die Enzymart enthält, die wir suchen“, erklärt Gübitz. Also wurde ein Stück Pilz geerntet, darin das aktive Enzym gesucht und isoliert.

Das Enzym nennt sich Laccase und ist in der Lage, Fettsäuremoleküle im Alkydharz-Lack mit Hilfe des Sauerstoffs aus der Luft zu verbinden, sodass der Lack trocknet und fest wird. Bisher war das nur mit Hilfe von Schwermetallen möglich; vor allem Kobalt kam zum Einsatz. Nun sagt eine neue EU-Verordnung, dass nach 2013 nur noch 10 ppm Kobalt in Beschichtungen enthalten sein dürfen. Derzeit funktioniert eine brauchbare Lackhärtung nur mit 200 ppm Kobalt – der 20-fachen Menge der nun als potenziell Krebs erregend eingestuften Substanz!

Der Lackhersteller Cytec Austria mit Labors in Graz und der Produktion in Werndorf ist Vorreiter in umweltfreundlichen Technologien. Die Entwicklung wasserlöslicher Kunstharze bzw. Lacke Ende des 20. Jahrhunderts war ein wesentlicher Beitrag zur Verbannung von giftigen und gefährlichen Lösungsmitteln aus diesen Produkten. Jetzt geht man einen Schritt weiter und eliminiert die nächste Gesundheitsgefährdung, indem man Kobalt durch Biokatalysatoren ersetzt.

„Die Attribute „schwermetallfrei“ und „biokatalysiert“ sind perfekte Marketingargumente für den Verkauf von neuen Produkten“, so Projektmanager Roland Feola von Cytec Austria.

Cytec Austria stellt in der Projektpartnerschaft das Alkydharz zur Verfügung, acib die Enzyme. acib lieferte die wissenschaftlichen Grundlagen speziell im Bereich Biotechnologie, während Cytec Austria anwendungsorientierte Fragestellungen der Lackherstellung bearbeitet und Produkt– und Marktanforderungen einfließen lässt. Die Partnerschaft führte letztendlich nicht nur zu einem umweltfreundlicheren Lack, sondern auch zu einer neuen Messmethode zum Überwachen der Aushärtung.

„Wir haben ein optisches Messsystem entwickelt, mit dem wir die Abnahme des Sauerstoffgehalts im Lackfilm überwachen können“, erklärt acib-Wissenschafterin Katrin Greimel. Der Gehalt des freien Sauerstoffs im Lack sinkt während der Aushärtung, weil ihn das Enzym zum Verbinden der Lackmoleküle nutzt. Damit ist erstmals eine hoch präzise Beobachtung der Lackhärtung im kleinen Maßstab möglich, was die Forschung extrem erleichtert.

Das Projekt wurde bereits zum Patent eingereicht; die Bewilligung wird demnächst erwartet. Das Budget des Projekts liegt bei rund einer Million Euro. Die Markteinführung des Biolacks ist für 2014 geplant. Eben erst wurde das Projekt wissenschaftlich geadelt – durch einen Beitrag im Journal „Green Chemistry“ samt Abdruck auf der Titelseite.

Info: Alkydharze
Alkydharz-Lacke bestehen aus Fettsäuremolekülen, Farbpigmenten und „Sikkativen“ (die Trockner). Wenn ein Heimwerker den Lack auf seine Möbel pinselt, beschleunigen die Sikkative das Verbinden der Fettsäuremoleküle durch den Einbau von Luftsauerstoff und damit das Trocknen des Anstrichs. Bisher übernahm diese Aufgabe Metallverbindungen auf Basis von Kobalt. Jetzt kann man Kobalt durch Enzyme ersetzen; durch natürliche und umweltfreundliche Biokatalysatoren.

Über acib
Das Austrian Centre of Industrial Biotechnology (acib) ist das österreichische Kompetenzzentrum für industrielle Biotechnologie mit Standorten in Graz, Innsbruck, Tulln und Wien. Es ist ein Netzwerk von zehn Universitäten und mehr als 30 Projektpartnern, darunter bekannte Namen wie BASF, DSM, Sandoz, Boehringer Ingelheim RCV, Jungbunzlauer, F. Hoffmann-LaRoche, Novartis, VTU Technology oder Sigma Aldrich. Eigentümer sind die Universitäten Innsbruck und Graz, die TU Graz, die Universität für Bodenkultur Wien sowie Joanneum Research.

Beim acib forschen und arbeiten rund 190 Beschäftigte an mehr als 40 Forschungsprojekten. Öffentliche Fördermittel (58% des Budgets) bekommt das acib von der Forschungsförderungsgesellschaft der Republik Österreich (FFG), der Standortagentur Tirol, der Steirischen Wirtschaftsförderung (SFG) und der Technologieagentur der Stadt Wien (ZIT).

Das Kompetenzzentrum acib – Austrian Centre of Industrial Biotechnology – wird im Rahmen von COMET – Competence Centers for Excellent Technologies durch das BMVIT, BMWFJ sowie die Länder Steiermark, Wien und Tirol gefördert. Das Programm COMET wird durch die FFG abgewickelt.

(Informationsdienst Wissenschaft)

Marc Brümmer

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