{"id":152859,"date":"2024-11-04T07:23:00","date_gmt":"2024-11-04T06:23:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=152859"},"modified":"2024-10-28T13:17:44","modified_gmt":"2024-10-28T12:17:44","slug":"sind-baume-die-zukunft-fur-die-produktion-von-industriechemikalien","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/sind-baume-die-zukunft-fur-die-produktion-von-industriechemikalien\/","title":{"rendered":"Sind B\u00e4ume die Zukunft f\u00fcr die Produktion von Industriechemikalien?"},"content":{"rendered":"\n\n\n

B\u00e4ume sind die reichhaltigste nat\u00fcrliche Ressource, die auf den Landmassen der Erde lebt, und Wissenschaftler und Ingenieure der North Carolina State University machen Fortschritte bei der Suche nach M\u00f6glichkeiten, sie als nachhaltige, umweltvertr\u00e4gliche Alternative zur Herstellung von Industriechemikalien<\/a> aus Erd\u00f6l zu nutzen.<\/p>\n\n\n

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Lignin, ein Polymer, das B\u00e4ume starr und widerstandsf\u00e4hig gegen Abbau macht, hat sich als problematisch erwiesen. Jetzt wissen die Forscher der NC State University, warum: Sie haben die spezifische molekulare Eigenschaft von Lignin – seinen Methoxidgehalt – identifiziert, die bestimmt, wie schwierig oder einfach es w\u00e4re, B\u00e4ume und andere Pflanzen durch mikrobielle Fermentation in Industriechemikalien zu verwandeln.<\/p>\n\n\n\n

Die Ergebnisse bringen uns der Herstellung von Industriechemikalien aus B\u00e4umen als wirtschaftlich und \u00f6kologisch nachhaltige Alternative zu aus Erd\u00f6l gewonnenen Chemikalien einen Schritt n\u00e4her, sagte Robert Kelly, der korrespondierende Autor eines Artikels in der Zeitschrift\u00a0Science Advances<\/em><\/a>, in dem die Entdeckung ausf\u00fchrlich beschrieben wird.<\/p>\n\n\n\n

Kellys Gruppe hatte zuvor bewiesen, dass bestimmte extrem thermophile Bakterien, die an Orten wie den hei\u00dfen Quellen des Yellowstone-Nationalparks gedeihen, die Zellulose in B\u00e4umen abbauen k\u00f6nnen – allerdings “nicht in gro\u00dfem Umfang”, wie er sagte. “Mit anderen Worten, nicht in dem Ma\u00dfe, das f\u00fcr die Herstellung von Industriechemikalien wirtschaftlich und \u00f6kologisch sinnvoll w\u00e4re.<\/p>\n\n\n\n

Kelly erkl\u00e4rte: “Es stellt sich heraus, dass mehr als nur ein niedriger Ligningehalt im Spiel ist.”<\/p>\n\n\n\n

Um das Problem des hohen Ligningehalts von B\u00e4umen zu umgehen, arbeitet Kelly, Direktor des Biotechnologieprogramms der NC State University und Alcoa-Professor im Fachbereich Chemie- und Biomolekulartechnik, seit mehr als zehn Jahren mit Associate Professor Jack Wang zusammen, dem Leiter des Forstbiotechnologieprogramms im College of Natural Resources der NC State University. Wang ist auch Fakult\u00e4tsmitglied bei der N.C. Plant Sciences Initiative.<\/p>\n\n\n\n

Wie in der Zeitschrift Science 2023<\/em> berichtet, setzten Wang und seine Kollegen die CRISPR-Genom-Editing-Technologie ein, um Pappelb\u00e4ume mit ver\u00e4ndertem Ligningehalt und -zusammensetzung zu erzeugen. Sie haben sich auf Pappeln konzentriert, weil sie schnell wachsen, nur einen minimalen Einsatz von Pestiziden erfordern und auf Grenzertragsfl\u00e4chen wachsen, auf denen der Anbau von Nahrungsmitteln schwierig ist.<\/p>\n\n\n\n

Kellys Gruppe fand heraus, dass einige, aber nicht alle dieser mit CRISPR ver\u00e4nderten B\u00e4ume gut f\u00fcr den mikrobiellen Abbau und die Fermentation geeignet sind. Wie sein ehemaliger Doktorand Ryan Bing erkl\u00e4rte, stellte sich heraus, dass diese Bakterien einen unterschiedlichen Appetit auf verschiedene Arten von Pflanzen haben.<\/p>\n\n\n

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\"Bob
Bob Kelly (l) und Jack Wang begutachten Pappelb\u00e4ume in einem Gew\u00e4chshaus auf dem Centennial Campus der NC State University. \u00a9 Dee Shore, NC State University<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

“Wir k\u00f6nnen uns die F\u00e4higkeit bestimmter thermophiler Bakterien aus hei\u00dfen Quellen in Orten wie dem Yellowstone-Nationalpark zunutze machen, Pflanzenmaterial zu fressen und in interessante Produkte umzuwandeln. Diese Bakterien haben jedoch einen unterschiedlichen Appetit auf verschiedene Arten von Pflanzen”, so Bing, der jetzt als leitender Stoffwechselingenieur bei Capra Biosciences in Sterling, Virginia, arbeitet.<\/p>\n\n\n\n

“Die Frage war: Warum? Was macht die eine Pflanze besser als die andere”, erkl\u00e4rt er. “Wir fanden eine Antwort auf diese Frage, indem wir untersuchten, wie diese Bakterien Pflanzenmaterial unterschiedlicher Zusammensetzung fressen.<\/p>\n\n\n\n

In einer Folgestudie untersuchten Kelly und Bing, wie gut ein gentechnisch ver\u00e4ndertes Bakterium, das urspr\u00fcnglich aus hei\u00dfen Quellen in Kamtschutka, Russland, isoliert worden war, Anaerocellum bescii, die von Wang manipulierten Pappeln mit deutlich unterschiedlichem Ligningehalt und -zusammensetzung abbaute.<\/p>\n\n\n\n

Die Forscher fanden heraus, dass ein Baum umso besser abbaubar war, je niedriger sein Lignin-Methoxidgehalt war.<\/p>\n\n\n\n

“Damit wurde das R\u00e4tsel gel\u00f6st, warum ein niedriger Ligningehalt allein nicht der Schl\u00fcssel ist – der Teufel steckt im Detail”, so Kelly. “Ein niedriger Methoxidgehalt macht die Zellulose wahrscheinlich f\u00fcr die Bakterien besser verf\u00fcgbar.”<\/p>\n\n\n\n

Wang hatte die Pappeln mit niedrigem Ligningehalt so entwickelt, dass sie sich besser f\u00fcr die Papierherstellung und andere Faserprodukte eigneten. Die j\u00fcngsten Forschungsergebnisse legen jedoch nahe, dass sich Pappeln, die nicht nur einen niedrigen Ligningehalt, sondern auch einen niedrigen Methoxidgehalt aufweisen, am besten f\u00fcr die Herstellung von Chemikalien durch mikrobielle Fermentation eignen.<\/p>\n\n\n\n

Die von Wang entwickelten Pappeln wachsen im Gew\u00e4chshaus gut, aber es liegen noch keine Ergebnisse aus Feldversuchen vor. Kellys Gruppe hat bereits gezeigt, dass Pappeln mit geringem Ligningehalt in industrielle Chemikalien wie Aceton und Wasserstoffgas umgewandelt werden k\u00f6nnen, und zwar mit g\u00fcnstigen wirtschaftlichen Ergebnissen und geringen Umweltauswirkungen.<\/p>\n\n\n\n

Wenn sich diese B\u00e4ume in der Praxis bew\u00e4hren und “wenn wir weiter daran arbeiten”, so Kelly, “werden wir Mikroben haben, die gro\u00dfe Mengen an Chemikalien aus Pappeln herstellen k\u00f6nnen, da wir jetzt den Marker kennen, nach dem wir suchen m\u00fcssen – den Methoxidgehalt”.<\/p>\n\n\n\n

Dies gibt Forschern wie Wang ein spezifisches Ziel f\u00fcr die Erzeugung von Pappellinien, die sich am besten f\u00fcr die chemische Produktion eignen. Wang und seine Kollegen haben vor kurzem Feldversuche mit fortschrittlichen, ligninmodifizierten Pappelarten gestartet, um diese Frage zu kl\u00e4ren.<\/p>\n\n\n\n

Derzeit ist die Herstellung von Chemikalien aus B\u00e4umen mit herk\u00f6mmlichen Mitteln m\u00f6glich – das Holz wird in kleinere St\u00fccke gehackt und dann mit Chemikalien und Enzymen f\u00fcr die weitere Verarbeitung vorbehandelt.<\/p>\n\n\n\n

Der Einsatz von Mikroben zum Abbau von Lignin bietet Vorteile, wie etwa einen geringeren Energiebedarf und eine geringere Umweltbelastung, so Kelly.<\/p>\n\n\n\n

Enzyme k\u00f6nnen verwendet werden, um Zellulose in Einfachzucker aufzuspalten, aber sie m\u00fcssen dem Prozess st\u00e4ndig zugef\u00fchrt werden. Bestimmte Mikroorganismen hingegen produzieren kontinuierlich die Schl\u00fcsselenzyme, die den mikrobiellen Prozess wirtschaftlicher machen, sagte er.<\/p>\n\n\n\n

“Sie k\u00f6nnen auch viel besser arbeiten als Enzyme und Chemikalien”, f\u00fcgte Kelly hinzu. “Sie bauen nicht nur die Zellulose ab, sondern verg\u00e4ren sie auch zu Produkten wie Ethanol – alles in einem Schritt.<\/p>\n\n\n\n

“Die hohen Temperaturen, bei denen diese Bakterien wachsen, machen es au\u00dferdem \u00fcberfl\u00fcssig, unter sterilen Bedingungen zu arbeiten, wie man es bei weniger thermophilen Mikroorganismen tun m\u00fcsste, um eine Kontamination zu vermeiden”, f\u00fcgte er hinzu. “Das bedeutet, dass das Verfahren zur Umwandlung von B\u00e4umen in Chemikalien wie ein herk\u00f6mmliches industrielles Verfahren funktionieren kann, was die Wahrscheinlichkeit erh\u00f6ht, dass es angenommen wird.<\/p>\n\n\n\n

Daniel Sulis, ein weiterer Autor des Science Advances-Artikels<\/em> und Postdoktorand in Wangs Labor, sagte, dass Umweltkatastrophen, die durch den Klimawandel ausgel\u00f6st werden, die dringende Notwendigkeit unterstreichen, Forschung zu betreiben, um die Abh\u00e4ngigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern.<\/p>\n\n\n\n

“Eine vielversprechende L\u00f6sung liegt in der Nutzung von B\u00e4umen, um den Bedarf der Gesellschaft an Chemikalien, Kraftstoffen und anderen biobasierten Produkten zu decken und gleichzeitig den Planeten und das menschliche Wohlergehen zu sch\u00fctzen”, so Sulis weiter.<\/p>\n\n\n\n

“Diese Ergebnisse bringen nicht nur das Feld voran, sondern legen auch den Grundstein f\u00fcr weitere Innovationen bei der Nutzung von B\u00e4umen f\u00fcr nachhaltige biobasierte Anwendungen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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