Titandioxid-Alternative: Wie ein Käfer weißes Pigment neu erfindet

Das Schweizer Start-up Seprify hat für sein Weißpigment aus Cellulose einen prominenten Investor gewonnen: Ikeas Mutterkonzern Ingka. Das Material soll Titandioxid ersetzen, das die EU seit 2022 in Lebensmitteln verboten hat. Seprify ist damit nicht allein: Weltweit arbeiten Forscher und Start-ups an Alternativen zum meistgenutzten weißen Pigment der Industrie.

VON MARTIN JENDRISCHIK · 6 Min. Lesezeit LESEN

Seprify, hervorgegangen aus Forschung an der Universität Freiburg und der Universität Cambridge, stellt ein Weißpigment her, das nicht aus einem Farbstoff besteht, sondern aus einer Nanostruktur aus Cellulose. Vorbild ist der Cyphochilus-Käfer, dessen Schuppen kein weißes Pigment enthalten, sondern Licht über eine feine Faserstruktur so stark streuen, dass sie leuchtend weiß erscheinen.

„Es ist nicht schwer, etwas Weißes herzustellen, aber Weiß mit sehr wenig Material und sehr dünnen Filmen herzustellen, ist die Herausforderung, die dieser Käfer über Tausende Jahre Evolution sehr gut gelöst hat“, sagt Seprify-CEO und Mitgründer Lukas Schertel gegenüber Fast Company.

Das Material funktioniert laut Schertel als Drop-in-Lösung: „Es ist ein Pulver, das einfach in denselben Formulierungen verwendet werden kann wie zuvor.“ Es lässt sich also genauso einsetzen wie Titandioxid, kommt für dasselbe Weißniveau aber mit etwa der Hälfte der Materialmenge aus. Über 100 Unternehmen testen das Pigment bereits in verschiedenen Phasen, die kommerzielle Produktion mit Vertragsherstellern hat begonnen. Ingka prüft den Einsatz bei Holzvöbeln, wo reine Cellulose gegenüber Titandioxid einen Vorteil bietet: Sie lässt sich leichter recyceln.

Eine Variante des Seprify-Materials streut nicht sichtbares Licht, sondern UV-Strahlung, und wirkt damit als Sonnenschutz. Anders als mineralische Sonnencremes hinterlässt sie keinen weißen Film auf der Haut, anders als chemische UV-Filter enthält sie keine Stoffe, die im Verdacht stehen, Korallenriffe zu schädigen.

Wo Titandioxid heute überall steckt

Titandioxid, kurz TiO2, ist seit Jahrzehnten das mit Abstand wichtigste weiße Pigment der Industrie. Die Weltproduktion liegt bei rund 5 Millionen Tonnen pro Jahr, hergestellt in zwei Kristallformen, Rutil und Anatas. Über die Hälfte davon geht in Farben und Lacke, wo TiO2 für Deckkraft und Weißgrad sorgt. Am schnellsten wächst der Einsatz in Kunststoffen, vor allem in der Verpackungsindustrie. Auch Papier verdankt seinen hohen Weißgrad meist TiO2, und in Sonnencremes dient die Nanoform des Materials als mineralischer UV-Filter.

Bis 2022 steckte Titandioxid unter der Bezeichnung E171 zusätzlich in Lebensmitteln, Kosmetik und Pharmaprodukten, etwa in Kaugummi, Zahncreme, Süßwaren und den Beschichtungen von Tabletten. Das Mineral, aus dem es gewonnen wird, heißt Rutil oder Ilmenit und wird bergbaulich abgebaut. Anschließend verarbeiten Chemiewerke es über das Chlorid- oder das Sulfatverfahren zu Pigment.

Warum die EU Titandioxid in Lebensmitteln verboten hat

Die europäische Lebensmittelbehörde EFSA bewertete E171 2021 neu und kam zu dem Schluss, dass der Zusatzstoff nicht mehr als sicher gelten könne. Ausschlaggebend war, dass sich eine genotoxische Wirkung der enthaltenen Nanopartikel, also eine mögliche Schädigung der DNA, nicht ausschließen ließ. Die EU-Mitgliedstaaten stimmten im Oktober 2021 einem Verbot zu, die Verordnung (EU) 2022/63 trat am 7. Februar 2022 in Kraft. Seit dem 8. August 2022 dürfen Lebensmittel mit E171 in der EU nicht mehr verkauft werden.

Für Kosmetik, Pharmaprodukte und technische Anwendungen wie Farben oder Kunststoffe gilt das Verbot nicht, dort bleibt Titandioxid weiter zugelassen. Der Grund für die Zurückhaltung der Industrie liegt in der Leistung des Stoffs: TiO2 ist das effektivste und zugleich günstigste weiße Pigment, das verfügbar ist. Besonders in der Pharmaindustrie gibt es laut Fachpresse bislang keine gleichwertige Alternative für alle Anwendungen, etwa bei der Beschichtung von Tabletten.

Die Debatte um Titandioxid ist damit nicht abgeschlossen. Studien aus dem Jahr 2025 deuten laut Guardian auf eine mögliche endokrine Wirkung hin, mit Effekten auf Blutzucker sowie Übergewicht und Diabetes, andere Studien auf mögliche neurotoxische Effekte. Die EU-Kommission hatte TiO2 zwischenzeitlich als Verdachts-Karzinogen eingestuft und diese Einstufung später nach Druck der Lebensmittelindustrie wieder geändert. In den USA haben einzelne Hersteller wie die Marke Skittles TiO2 unter öffentlichem Druck aus ihren Produkten entfernt, in vielen anderen Produkten, etwa Tortillas oder Hüttenkäse, steckt es weiterhin.

Mehrere Wege zur Titandioxid-Alternative

Seprify ist nicht das einzige Unternehmen, das auf Cellulose setzt. Das britische Start-up Sparxell, 2023 als Ausgründung der Universität Cambridge entstanden und unter anderem vom Circular Innovation Fund von LVMH und L'Nçreal gefördert, wandelt Cellulose-Nanokristalle in biologisch abbaubare Pigmente um, verfügbar als Pulver, Folie oder Pailletten. Das Produkt SkyWhite ist als Ersatz für Titandioxid gedacht, dessen 3D-Struktur zusätzlich UV-Strahlung reflektiert und so den Lichtschutzfaktor erhöht. Sparxell erhielt dafür 2023 den Ray of Hope Prize.

Anders als Seprify und Sparxell setzt das US-Start-up Mirra aus Massachusetts nicht auf Cellulose, sondern allgemein auf strukturelle Farbe: Nanostrukturen streuen Licht so, dass Weiß entsteht, ganz ohne Pigment-Chemie. Ziel ist auch hier der Einsatz in Lebensmitteln, dort wo TiO2 durch das EU-Verbot eine Lücke hinterlassen hat.

Dass nicht nur Start-ups an dem Problem arbeiten, zeigt Sensient Technologies. Der etablierte Aromen- und Farbstoffkonzern hat mit Fusion White eine industrielle Alternative für weiße und farbige Dragierungen entwickelt, etwa für Süßwaren-Überzüge. Anders als die bio-inspirierten Ansätze basiert Fusion White nicht auf einer Nanostruktur, lässt sich aber als färbendes Lebensmittel ohne E-Nummer deklarieren.

Wo die Lücke bleibt

Die Branche steht noch am Anfang. Seprify hat mit der kommerziellen Produktion begonnen, Sparxell und Mirra befinden sich in früheren Entwicklungsphasen, und für Pharmaprodukte, wo Tabletten seit Jahrzehnten mit TiO2 beschichtet werden, fehlt bislang eine Alternative, die die gleiche Deckkraft und Verarbeitbarkeit liefert. Was sich in Lebensmitteln, Kosmetik und Möbeln bereits zeigt, ähnlich wie bei der Suche nach Alternativmaterialien bei Perowskit-Solarzellen: Ein einzelner Wirkstoff, der jahrzehntelang unangefochten war, wird plötzlich von mehreren Seiten gleichzeitig herausgefordert, sobald Regulierung oder Risikoerkenntnis den Druck erhöht.

Für Ingka ist das Engagement bei Seprify kein Einzelschritt. Der Ikea-Mutterkonzern hat in den vergangenen Jahren mehrfach in Cleantech-Ansätze investiert, etwa in den dynamischen Stromtarif Svea Strom. Ob sich Cellulose-Pigmente in der Breite durchsetzen, entscheidet sich in den kommenden Jahren daran, ob sie bei Preis und Verfügbarkeit mit dem alten, effizienten TiO2 mithalten können.

„Was wir zeigen wollen, ist, dass man mit Biomaterialien Nachhaltigkeit erreichen kann, ohne die Leistung zu beeinträchtigen“, sagt Schertel. „Wenn wir das zeigen können und die Kunden das in der Praxis sehen, werden sie auch immer mehr Vertrauen in andere biobasierte Lösungen entwickeln.“

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