An der Universität Wien entsteht mit dem neuen Christian Doppler Labor am Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaften eine Forschungsumgebung, die den biologischen Abbau von WSP (Wasserlöslichen Polymeren) untersucht. Dabei werden chemische und mikrobiologische Prozesse analysiert, die für das Verständnis dieser in vielen Haushalts- und Körperpflegeprodukten eingesetzten Hochleistungsmaterialien wesentlich sind und angesichts hoher Produktionsmengen wichtige Fragen zum nachhaltigen End-of-Life-Management aufwerfen.
Gleichzeitig entwickeln Forschende der BOKU University analytische Verfahren, um Abbaupfade, mikrobiell gesteuerte Mechanismen und umweltbezogene Einflussgrößen von WSP präzise zu erfassen. Durch die Zusammenarbeit mit der BASF SE und die Förderung durch das Bundesministerium für Wirtschaft, Energie und Tourismus entsteht ein Rahmen, in dem Grundlagen für die Entwicklung biologisch abbaubarer Hochleistungs-WSP und für wissenschaftlich fundierte regulatorische Fortschritte erarbeitet werden.
Biologischer Abbau als Schlüsselprozess für WSP
WSP (Wasserlösliche Polymere) sind zentrale Bestandteile vieler Haushalts- und Körperpflegeprodukte und erreichen in diesen Bereichen eine weltweite Jahresproduktion von mehr als einer Million Tonnen. Da sie nach der Anwendung direkt in Abwasserströme gelangen, stellt ihr nachhaltiges End-of-Life-Management eine große Herausforderung dar. Das neue Christian Doppler Labor greift diese Problematik auf und untersucht, wie komplexe WSP von Mikroorganismen vollständig zu Energie, Wasser, Kohlendioxid und Biomasse verstoffwechselt werden können. Der biologische Abbau von WSP ist bislang nur begrenzt verstanden, weshalb die Grundlagenforschung des Labors an genau diesen offenen Fragen ansetzt.
Die wissenschaftliche Arbeit richtet sich auf chemische und mikrobiologische Prozesse, die den biologischen Abbau von WSP bestimmen. Dazu zählen die Identifizierung biologischer Abbaupfade, die Analyse von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen und die Untersuchung der Umweltbedingungen, die den Abbau beschleunigen oder hemmen. Besonderes Interesse gilt der Frage, wie Polyaminosäuren und Polysaccharide sowohl Leistungsfähigkeit während der Anwendung als auch gute Abbaubarkeit am Ende ihres Lebenszyklus vereinen können. Diese Polymerklassen gelten als vielversprechend und bieten die Grundlage für weiterführende Untersuchungen im Labor.
Neue wissenschaftliche Zugänge zu Abbaupfaden und Mikrobiomen
Das Christian Doppler Labor verfolgt drei Hauptziele, die auf zentrale Wissenslücken im Bereich des WSP-Abbaus antworten. Erstens werden Schlüsselfaktoren identifiziert, die biologische Abbaupfade und deren Kinetik beeinflussen. Zweitens werden Zusammenhänge zwischen der Funktion des Mikrobioms und dem biologischen Abbau von WSP abgeleitet, um Wechselwirkungen zwischen Mikroorganismen und Polymerstrukturen sichtbar zu machen. Drittens werden analytische Methoden entwickelt, die den Übergang vom Labor zu realistischen Umweltbedingungen ermöglichen und die Bewertung der Abbauprozesse verbessern.
Die BOKU University übernimmt hierbei eine zentrale Rolle: Unter der Leitung von Teresa Steininger-Mairinger entstehen chromatographische, massenspektrometrische und ionenmobilitätsbasierte Verfahren, die eine präzise Charakterisierung von WSP und deren Abbauprodukten erlauben. Die entwickelten Methoden dienen dazu, Zwischenprodukte zu identifizieren, Strukturveränderungen nachzuvollziehen und Abbaupfade experimentell abzusichern. Sie sind zudem entscheidend für die Übertragbarkeit der Laborergebnisse auf Abwasser- und Süßwassersysteme, die im Forschungsprogramm eine besondere Relevanz besitzen.
Zusammenarbeit über Fachgrenzen hinweg
Die Arbeiten des Christian Doppler Labors basieren auf einer engen Kooperation zwischen der Universität Wien, der BOKU University und der BASF SE. BASF hat ihre Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten zur Bioabbaubarkeit in den vergangenen Jahren deutlich ausgebaut und bringt umfassende Erfahrung dazu ein, wie und warum Mikroorganismen Produkte nach deren Verwendung abbauen. Die Rolle interdisziplinärer Teams ist dabei zentral, weil die Komplexität des biologischen WSP-Abbaus nur durch die Verbindung unterschiedlicher wissenschaftlicher Perspektiven erschlossen werden kann.
Für die Weiterentwicklung biologisch abbaubarer Hochleistungs-WSP ist die Kombination aus chemischer, mikrobiologischer und analytischer Expertise entscheidend. Das Labor schafft hierfür einen gemeinsamen Rahmen, in dem universitäre Grundlagenforschung und industrielle Fragestellungen zusammengeführt werden. Die zu erwartenden Forschungsergebnisse – aufgeklärte Abbaupfade, charakterisierte Zwischenprodukte, identifizierte Mikroorganismen und Enzyme sowie methodische Ansätze für realistische Testszenarien – bilden eine Grundlage, um wissenschaftsbasierte regulatorische Entwicklungen voranzubringen und nachhaltiges End-of-Life-Management zu ermöglichen.
Rahmen für langfristige Forschungsperspektiven
Die strukturelle Verankerung des Vorhabens in einem Christian Doppler Labor gewährleistet die Verbindung von anwendungsorientierter Grundlagenforschung und unternehmerischer Kooperation. Die Christian Doppler Forschungsgesellschaft gilt international als Best-Practice-Beispiel für die Förderung solcher Partnerschaften und ermöglicht die gemeinsame Finanzierung durch die öffentliche Hand – insbesondere das Bundesministerium für Wirtschaft, Energie und Tourismus – sowie durch die beteiligten Unternehmen. Diese Rahmenbedingungen schaffen langfristige Perspektiven für die Forschung zu WSP und ihren Abbauprozessen.
Das Projekt baut auf den wissenschaftlichen Profilen von Michael Zumstein und Teresa Steininger-Mairinger auf, die mit ihren Gruppen maßgeblich zur Umsetzung der Laborziele beitragen. Zumstein bringt Expertise zu enzymatischen Prozessen im Abwasser sowie umfangreiche Erfahrung aus internationalen Forschungseinrichtungen ein. Steininger-Mairinger steuert analytisch-chemische Spezialisierungen bei, insbesondere in den Bereichen Chromatographie, Massenspektrometrie und Ionenmobilität. Beide Profile ergänzen sich in der Zielsetzung, die Chemie und Mikrobiologie des biologischen WSP-Abbaus zu verstehen und die Voraussetzungen für zukünftige technologische und regulatorische Entwicklungen zu schaffen.