Kreislaufwirtschaft Wird enzymatisches PET-Recycling industrietauglich?

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Universität Leipzig

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Forschende der Universität Leipzig haben einen wichtigen Fortschritt beim PET-Recycling erzielt. Sie haben ein Enzym so verändert, dass es den Kunststoff besonders gut abbauen kann. Aus ihren Erkenntnissen entwickelte das Team bereits eine Geschäftsidee.

Polyethylenterephthalat (PET) gehört zu den Kunststoffen, denen wir im Alltag mehr als einmal begegnen. Der Thermoplast steckt in Getränkeflaschen und anderen Verpackungen sowie Folien und Textilien. Über 800.000 Tonnen werden jedes Jahr in Deutschland hergestellt, das sind rund 6,5 Prozent der Kunststoffe. 

Die Recyclingquote ist im Vergleich zu anderen Kunststoffen bereits hoch, zumindest bei den PET-Flaschen. Mit der Entwicklung aus Leipzig, über die die Forschenden in einer kürzlich im Fachjournal „Nature Communications“ (Kasten) veröffentlichten Studie berichten, könnte sie zu einer echten Kreislaufwirtschaft werden.

Enzym auf Leipziger Friedhof entdeckt

Das Team hat das natürlich vorkommende Enzym PHL7 gezielt optimiert, sodass es unter industrierelevanten Bedingungen effizient und stabil PET abbaut. Die Forschung zielt auf eine zentrale Herausforderung der Kreislaufwirtschaft.

Das Enzym PHL7 wurde so verändert, dass es PET schneller und unter industriellen Bedingungen abbauen kann. Die verbesserte Variante R4M10 zeigte im Bioreaktor eine deutlich höhere Abbauleistung als vergleichbare Enzyme, indem sie PET in die Grundstoffe Ethylenglykol und Terephthalsäure zerlegte. 

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Hier geht es zur Fachpublikation in Nature Communications. 

Das Enzym PHL7, das erstmals 2021 von Dr. Christian Sonnendecker (Fakultät für Chemie), isoliert aus einer Kompostprobe vom Leipziger Südfriedhof, beschrieben wurde, gilt als eines der wenigen natürlichen hyperaktiven PET-abbauenden Enzyme. Doch für technische Anwendungen war es bisher zu instabil und wenig aktiv – besonders unter realen industriellen Bedingungen. 

Die aktuelle Studie überwindet nun diese Hürden: „Mithilfe von bioinformatischen Vorhersagen haben wir gezielte Mutationen in die Aminosäuresequenz eingebaut, die zu deutlich verbesserten Varianten führten. Diese zeigen erhöhte Stabilität, höhere Aktivität und eine geringere Abhängigkeit von Salzgehalten – ein entscheidender Vorteil, da das Enzym nun auch in normalem Leitungswasser funktioniert“, erklärt Dr. Georg Künze von der medizinischen Fakultät. 

Forscher gründen Start-up

Die Forschungsgruppe um Künze und Sonnendecker nutzte für die experimentellen Arbeiten zur Studie vom Sommer 2022 bis Mitte 2025 eine Vielzahl moderner Methoden: 

• Röntgenkristallographie erlaubte die dreidimensionale Strukturaufklärung
• Impedanzspektroskopie lieferte Echtzeit-Daten zum Reaktionsverlauf
• Moleküldynamik-Simulationen halfen, den enzymatischen Abbau auf molekularer Ebene zu entschlüsseln

In Rührreaktoren wurden die Enzymvarianten unter industrienahen Bedingungen getestet – mit vielversprechenden Ergebnissen. Die Erkenntnisse flossen bereits in eine Patentanmeldung ein.

„Die entwickelten PHL7-Varianten sind nun echte Kandidaten für die industrielle Anwendung“, betont Sonnendecker. Das in Leipzig 2025 gegründete Start-up Ester-Biotech, ein Spin-off der Universität Leipzig, plant bereits, die Technologie in eine Pilotanlage zu überführen. 

So geht es weiter

Langfristig könnte enzymatisches Recycling dazu beitragen, die Kunststoffwirtschaft zirkulärer und nachhaltiger zu gestalten. Das Projekt ist noch nicht abgeschlossen: Weitere Optimierungen mit künstlicher Intelligenz stehen an, ebenso die Entwicklung von Enzymen für andere biologisch abbaubare Kunststoffe wie PLA und PBS. Ob die Technologie wirtschaftlich tragfähig ist, wird sich in den kommenden Jahren zeigen und hängt neben technischen auch von ökonomischen Faktoren ab.

Der große Überblick zum Kunststoffrecycling

Bereits vor über 20 Jahren forschte Prof. Dr. Wolfgang Zimmermann an der Universität Leipzig als einer der Pioniere auf dem Gebiet an plastikabbauenden Enzymen, mit dem Ziel, Kunststoffe wie PET unter umweltfreundlichen Bedingungen zu recyceln. Mit der aktuellen Studie ist das Forschungsfeld diesem Ziel einen Schritt nähergekommen.