Das NPBioPhos-Forschungsprojekt hat sich zum Ziel gesetzt, unzureichend genutzte Nebenprodukte der Getreideverarbeitung in eine hochwertige, aus Pflanzen gewonnene Chemikalie – Phytin – umzuwandeln. Phytin, eine natürlich vorkommende Phosphorverbindung, die aus Weizenkleie, Ölsaatenkuchen und anderen landwirtschaftlichen Rückständen gewonnen wird, bietet zwei wichtige funktionelle Eigenschaften: einen hohen Phosphorgehalt, der es zu einem vielversprechenden Flammschutzmittel für Textilien macht, und eine dichte Anordnung von Phosphatgruppen, die ihm eine starke Komplexierungsfähigkeit gegenüber Schwermetall-Ionen verleiht. Das übergeordnete Ziel war es, eine nachhaltig hergestellte, multifunktionale Spezialchemikalie zu produzieren, die mit bestehenden, ökologisch problematischen Alternativen wirtschaftlich konkurrieren und diese langfristig in industriellen Anwendungen wie dem textilen Flammschutz und der industriellen Abwasserbehandlung ersetzen könnte.
Die technische Arbeit war in vier Hauptarbeitsblöcke unterteilt. Im ersten Block wurden die Auswahl der Rohstoffe und die mechanische Vorverarbeitung durchgeführt. Das Institut für Getreideverarbeitung (IGV) identifizierte Rohstoffe mit hohem Phytingehalt – Weizen, Hülsenfrüchte und Ölsaaten – und wandte Mahl- und Schältechniken an, um das Phytin in den Samenschalen zu konzentrieren, wo bis zu 80 % des gesamten Phytins zu finden sind. Die resultierenden Fraktionen wurden auf ihren Phytingehalt und andere wichtige Bestandteile hin charakterisiert. Im zweiten Block wurde Phytin im Pilotmaßstab extrahiert und gereinigt. Das Innovations- und Bildungszentrum (IBZ) entwickelte ein skalierbares Extraktionsprotokoll, das eine phytinreiche Lösung ergab, die anschließend konzentriert und kristallisiert wurde, um ein stabiles, hochreines Phytinprodukt herzustellen. Der dritte Block konzentrierte sich auf die Anwendung von Phytin als Flammschutzmittel. Das Deutsche Textilforschungszentrum Nord-West (DTNW) hat das Phytin in Textilfasern und fertige Stoffe eingearbeitet und dann das Flammausbreitungsverhalten unter Standardtestbedingungen bewertet. Die Ergebnisse zeigten eine deutliche Verringerung der Entflammbarkeit, so dass die behandelten Textilien die strengen europäischen Brandschutznormen erfüllen, ohne dass zusätzliche gefährliche Zusatzstoffe erforderlich sind. Im vierten Block untersuchte das Institut für Energie- und Umwelttechnik (IUTA) das Metallbindevermögen von Phytin. Anhand von Adsorptionsversuchen im Batch-Verfahren wurde gezeigt, dass Phytin Blei, Cadmium und andere Schwermetallionen mit hoher Affinität komplexiert und dabei Entfernungseffizienzen erzielt, die denen herkömmlicher Chelatbildner entsprechen oder sie sogar übertreffen. Die Adsorptionsdaten deuten darauf hin, dass Phytin in industriellen Abwasseraufbereitungsprozessen eingesetzt werden könnte, ohne dass spezielle Geräte erforderlich sind, da die notwendige Infrastruktur in vielen Anlagen bereits vorhanden ist.
Die Leistungskennzahlen aus den Pilotstudien zeigten, dass die Ausbeute der Phytinextraktion 70 % des theoretischen Maximums überstieg und die flammhemmende Behandlung den Sauerstoffgrenzwert von Baumwollstoffen um mehr als 15 % reduzierte. Schwermetall-Adsorptionsversuche ergaben maximale Kapazitäten von 120 mg g-¹ für Blei und 90 mg g-¹ für Cadmium, Werte, die mit synthetischen Chelatoren konkurrenzfähig sind. Diese Ergebnisse bestätigen, dass Phytin als Zusatzstoff mit doppeltem Verwendungszweck dienen kann, der sowohl Vorteile beim Brandschutz als auch bei der Umweltsanierung bietet.
Die Zusammenarbeit war von zentraler Bedeutung für den Erfolg des Projekts. Das IBZ fungierte als Gesamtkoordinator und führte auch zentrale Forschungsarbeiten zur Phytinextraktion und -stabilisierung durch. IGV lieferte das Rohstoff-Know-how und führte die mechanischen Vorverarbeitungsschritte durch. DTNW war für die Funktionalisierung der Textilien und die Flammschutztests verantwortlich, während das IUTA die Studien zur Metallkomplexierung durchführte. Die Partner arbeiteten über einen Zeitraum von drei Jahren mit finanzieller Unterstützung deutscher Forschungseinrichtungen und produzierten eine Reihe von begutachteten Veröffentlichungen und Konferenzpräsentationen. Die Ergebnisse des Projekts bilden eine solide Grundlage für die Ausweitung der Phytin-Produktion und ihre Integration in bestehende industrielle Prozesse, wodurch der Übergang zu umweltfreundlicheren, biobasierten chemischen Lösungen gefördert wird.