Unkraut kann auch anders

Handschuhe aus Russischem Löwenzahn

  • Abb. 1: Austritt von Latex bei Verletzung einer Wurzel.Abb. 1: Austritt von Latex bei Verletzung einer Wurzel.
  • Abb. 1: Austritt von Latex bei Verletzung einer Wurzel.
  • Abb. 2: TEM-Aufnahmen Taraxacum koksaghyz-Latex mit einem Kautschukgehalt von 30 %.
  • Abb. 3: Handschuh aus Taraxacum  koksaghyz-Latex.

Der Russische Löwenzahn (Taraxacum koksaghyz) kann als lokale, europäische Quelle zur Gewinnung von Naturlatex genutzt werden. Die Extraktion und Stabilisierung des Latex erforderte die Entwicklung eines neuen Verfahrens. Resultierend daraus haben das Fraunhofer IGB und Synthomer im Projekt Tarulin gemeinsam die weltweit ersten Handschuhe aus Löwenzahnlatex hergestellt.

Keine Alternative zu Naturlatex

Naturlatex ist eine kolloidale Suspension von Kautschukpartikeln, die sich aufgrund des fluiden Charakters unter anderem zum Tauchen von Formen eignet. So werden viele Gebrauchsgegenstände des Alltags aus dem Milchsaft hergestellt. Einschließlich des aus dem Latex gewonnenen Naturkautschuks findet dieser Rohstoff in über 40.000 Produkten Anwendung [1]. Naturkautschuk kann nur begrenzt durch synthetische Alternativen substituiert werden, da er Eigenschaften besitzt, die mittels petrochemisch hergestellter Polymere nicht erzielt werden können. Dies liegt zum Beispiel in seiner Elastizität, Abriebfestigkeit, Stoßfestigkeit, der effektiven Wärmeausbreitung und der Formbarkeit bei tiefen Temperaturen begründet [2].

Alles Hevea oder was?

Latex bzw. Naturkautschuk wurde bisher in etwa 2.500 Pflanzen identifiziert, nur eine wird jedoch zurzeit kommerziell genutzt: Hevea brasiliensis, bekannt auch unter der Bezeichnung Kautschukbaum [2]. Der Anbau ist jedoch aufgrund der Anforderungen an die Kultivierung der Bäume auf wärmere Klimazonen, den sogenannten Kautschukgürtel, beschränkt [3]. Ernteausfälle durch Krankheiten und begrenzte Anbaugebiete führten in der Vergangenheit zu starken Preisschwankungen und Lieferengpässen. Aufgrund der weltweit steigenden Nachfrage besteht zudem ein erhöhter Bedarf an Naturkautschuk und Naturlatex. In der Vergangenheit wurde daher bereits nach alternativen Quellen für Latex und Kautschuk gesucht: Eine Pflanze, die dafür genutzt werden kann, ist die strauchig wachsende Guayule (Parthenium argentatum). Diese benötigt jedoch ebenfalls wärmere Klimazonen zum optimalen Wachstum. Zudem besitzt der Latex einen hohen Anteil an Harzen und befindet sich in Parenchymzellen, was die Gewinnung erschwert [4].

Russischer Löwenzahn als Latexquelle

Die Nutzung von Russischem Löwenzahn (Taraxacum koksaghyz) stellt eine weitere Alternative dar: Ein Vorteil dieser Pflanze ist die Möglichkeit des Anbaus in gemäßigten Klimazonen, ein weiterer die Automatisierbarkeit der Ernte [2].

Bisher wurde der europäische Bedarf an Latex vollkommen durch Importe bedient, eine lokale Quelle des begehrten Naturstoffes war nicht vorhanden.

Der Russische Löwenzahn stellt daher eine neue Quelle für Latex zur Verfügung, die kürzere Transportwege, stabile Preise und hohe Qualität möglich macht. Die Gewinnung von Kautschuk aus Russischem Löwenzahn ist keine neue Idee. So wurde zu Beginn bis Mitte des letzten Jahrhunderts aufgrund der hohen Nachfrage intensiv an dieser Route gearbeitet [5]. Mit der Entwicklung des Synthesekautschuks und der höheren Verfügbarkeit an Naturkautschuk aus Hevea brasiliensis in den fünfziger Jahren wurden die Pläne zur Gewinnung des Kautschuks aus Russischem Löwenzahn ad acta gelegt. Die damals entwickelten Methoden zur Kautschukgewinnung können heute wieder als Basis zur Herstellung von Naturkautschuk genutzt werden.

Prozessentwicklung: Von der Pike auf

Im Gegensatz dazu wurde bisher jedoch noch kein Prozess entwickelt, mit dem Kautschuk als flüssige Dispersion, also als Latex, aus Russischem Löwenzahn gewonnen werden kann. Basierend auf der Morphologie der Kulturpflanze, dem Latexgehalt und dem Reinheitsgrad des Latex musste ein völlig neues Verfahren konzipiert werden. So ist durch Verletzung der Wurzel bereits ein starker Latexfluss sichtbar (siehe Abb. 1). Eine manuelle Entnahme des Latex durch Anritzen, wie es von der Ernte bei Hevea Brasiliensis her bekannt ist, ist jedoch großtechnisch nicht möglich. Eine unkoordinierte Verletzung der Wurzel führt zudem zu einer Ausbeuteminderung, da der Latex nach Austritt sofort koaguliert.

Dies musste bei der Prozessentwicklung genauso berücksichtigt werden wie die Tatsache, dass der Latex bei längerer Lagerung der Pflanzen in den Wurzeln koaguliert, das heißt nicht mehr im flüssigen Zustand vorliegt und somit für die Verarbeitung als Latex nicht mehr geeignet ist. Die Gewinnung des Latex wurde in einem ersten Ansatz direkt an den Feldrand verlegt, wo die Ernte und Extraktion durch­geführt wurden. Erfolgte das Entfernen des Blattwerks zunächst noch manuell, zielt die Züchtungs­strategie darauf ab, den Russischen Löwenzahn zukünftig geeignet zur maschinellen Ernte zu kultivieren. Das Waschen der Wurzeln erfolgt mit Maschinen, die normalerweise für gewöhnliche Feldfrüchte zum Einsatz kommen. Um den Latex aus den Wurzeln zu extrahieren, wurden zwei verschiedene mechanische Grundoperationen untersucht: Pressen und Zerkleinern. Beide Techniken besitzen Vorteile, die je nach Maßstab und Anforderungen eingesetzt werden können. Wichtiger noch als die Extraktion selbst ist die Stabilisierung des Latex im Extrakt in dispergierter Form. In der Wurzel erzielt der Latex die Funktion einer Infektionsprävention bzw. eines Wundverschlusses, weshalb die Gerinnung auch eine biologische Aufgabe erfüllt [6]. Die Unterdrückung dieses Vorgangs kann durch Additive erreicht werden. Die Forschungsgruppe konnte durch Zugabe und Adjustierung einzelner Agenzien eine Stabilisierung des gewonnenen Latex über mehrere Monate hinweg erzielen.

Aufreinigung

Der nach der Extraktion resultierende Rohlatex verfügt über einen Kautschukgehalt von 0,5 - 1,0 %. Kommerzielle Anwendungen werden jedoch mit Latices durchgeführt, die einen Kautschukgehalt von über 60 % aufweisen. Gleichzeitig enthält der Rohlatex noch Kontaminationen wie Boden- und Biomassepartikel. Eine Aufkonzentrierung und gleichzeitige Aufreinigung des Rohlatex ist daher notwendig. Zur Aufkonzentrierung kann zum einen die gegenüber Wasser geringere Dichte des Latex ausgenutzt werden, zum anderen das Flotationsverhalten in der Gegenwart von Hydrokolloiden. Durch eine Kombination aus beiden Techniken konnte erfolgreich ein Latex mit einem Kautschukgehalt von 45% herstellt werden. Elektronenmikroskopische Aufnahmen zeigen eine Teilchengrößenverteilung, wie sie von Hevea Brasiliensis nach Aufkonzentrierung bekannt ist (Abb. 2). Das weitaus wichtigste Qualitätsmerkmal wurde jedoch anhand eines praktischen Beispiels nachgewiesen: In Zusammenarbeit zwischen Fraunhofer IGB und Synthomer konnte der Latex für die Herstellung der weltweit ersten Handschuhe (siehe Abb. 3) aus Russischem Löwenzahn verwendet werden.

Quo vadis?

Bei einem Paar Handschuhe wird es zukünftig nicht bleiben. Um einen ökonomisch relevanten industriellen Prozess zur Gewinnung von Latex aus Russischem Löwenzahn zu etablieren, ist weitere Entwicklungsarbeit zu leisten. Vielversprechende Ansätze existieren bereits, die Effizienz der Latexgewinnung durch weitere Optimierungen in den Bereichen der Züchtung, Agronomie oder Prozessführung zu steigern. Wenn das volle Potential des Russischen Löwenzahns ausgeschöpft werden kann, wird aus dem Unkraut auch ein Wertstoff.

Danksagung

Die Autoren danken dem PTJ und dem BMBF für die Förderung in dem Projekt Tarulin (FKZ: 0315971C) und (FKZ: 0315971D). Continental Reifen Deutschland GmbH wird für die Projektkoordination gedankt. Ein weiterer Dank gilt der Eskusa GmbH und der Gäubodenkräuter GmbH & Co KG für Saatgutvermehrung bzw. Bereitstellung der Wurzeln.

Autoren
T. Hahn1, A. Abele2, S. Zibek1

Zugehörigkeiten
1Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik, Stuttgart, Deutschland
2Synthomer Deutschland GmbH, Marl, Deutschland

Kontakt 
Dr.-Ing. Susanne Zibek

Gruppenleiterin Industrielle Biotechnologie
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen-
und Bioverfahrenstechnik
Stuttgart, Deutschland
Susanne.zibek@igb.fraunhofer.de

Literatur

1.         Cornish, K. and J.L. Brichta, Purification of Hypoallergenic Latex from Guayule, in Trends in New Crops and New Uses, J. Janick and A. Whipkey, Editors. 2002, ASHS Press: Alexandria.

2.         van Beilen, J.B. and Y. Poirier, Guayule and Russian dandelion as alternative sources of natural rubber. Critical Reviews in Biotechnology, 2007. 27(4): p. 217-231.

3.         Nguyen, B.T. and M.K. Dang, Temperature dependence of natural rubber productivity in the southeastern Vietnam. Industrial Crops and Products, 2016. 83: p. 24-30.

4.         van Beilen, J.B. and Y. Poirier, Establishment of new crops for the production of natural rubber. Trends in Biotechnology, 2007. 25(11): p. 522-529.

5.         Ulmann, M., Wertvolle Kautschukpflanzen des gemässigten Klimas : dargestellt auf Grund sowjetischer Forschungsarbeiten. 1951, Berlin: Akademie-Verl.

        6.         Wahler, D., et al., Polyphenoloxidase Silencing Affects Latex Coagulation in Taraxacum Species. Plant Physiology, 2009. 151(1): p. 334-346.

 

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Nobelstraße 12
70569 Stuttgart, Baden-Württemberg
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