Dank ihrer wertvollen Inhaltsstoffe und einfachen Zucht sind Algen vielversprechende Kandidaten f\u00fcr eine nachhaltige Rohstoffgewinnung. Das zeigt auch die Arbeit des Konstanzer Chemikers Prof. Dr. Stefan Mecking, der gemeinsam mit dem Pflanzenphysiologen Prof. Dr. Peter Kroth ein neues Verfahren zur Umwandlung von Algen\u00f6l zu h\u00f6herwertigen chemischen Bausteinen entwickelt hat. Diese k\u00f6nnen unter anderem f\u00fcr die Erzeugung von Kunststoffen eingesetzt werden und er\u00f6ffnen neue M\u00f6glichkeiten zur Nutzung von Algen als Rohstoffquelle, die \u00fcber den reinen Ersatz von Erd\u00f6l hinausgeht.<\/p>\n
Algen werden als Hoffnungstr\u00e4ger f\u00fcr eine nachhaltige Wirtschaft betrachtet und spielen in praktisch allen Bereichen der Bio\u00f6konomie eine wichtige Rolle. Ob zur Energiegewinnung, f\u00fcr Nahrungserg\u00e4nzungsmittel oder als Quelle f\u00fcr neue medizinische Wirkstoffe – sie sind vielf\u00e4ltig einsetzbar und relativ einfach zu kultivieren. \u201eAlgen ben\u00f6tigen wie auch Pflanzen zum Wachstum nur Wasser und N\u00e4hrsalze, ihre Energie beziehen sie aus dem Licht\u201c, erl\u00e4utert Peter Kroth, Professor f\u00fcr Pflanzen\u00f6kophysiologie an der Universit\u00e4t Konstanz. In seiner Forschung widmet er sich den Algen und ihrer biotechnologischen Anwendung.<\/p>\n
Die Vorteile der Algen f\u00fcr die Bio\u00f6konomie sind leicht erkennbar: Sie ben\u00f6tigen vergleichsweise wenig Fl\u00e4che, k\u00f6nnen schnell wachsen und konkurrieren nicht mit den konventionellen Agrarfl\u00e4chen und damit der Nahrungsmittelproduktion. Die von den Algen produzierten \u00d6le haben au\u00dferdem einen h\u00f6heren Anteil an vielfach unges\u00e4ttigten Fetts\u00e4uren als konventionelle Pflanzen\u00f6le. Das macht sie auch zu attraktiven Kandidaten f\u00fcr eine nachhaltige Rohstoffversorgung – ein Thema, mit dem sich der Konstanzer Chemiker Prof. Dr. Stefan Mecking in seiner Forschung besch\u00e4ftigt.<\/p>\n
Die Idee dabei ist, die Algen nicht als reinen Erd\u00f6l-Ersatz, sondern als potenzielle Rohstoffquelle f\u00fcr die Chemie einzusetzen. \u201eWir wollen mittels neuer katalytischer Verfahren die einzigartige molekulare Struktur nachwachsender Rohstoffe erhalten und so h\u00f6herwertige Bausteine direkt erzeugen – anstatt den Umweg \u00fcber eine intermedi\u00e4re Umwandlung in erd\u00f6lartige Bausteine zu gehen\u201c, erl\u00e4utert er das Prinzip. Genau das ist Nachwuchswissenschaftlern seiner Arbeitsgruppe nun gemeinsam mit Biologen um Kroth gelungen. Sie konnten mit Hilfe eines neuen Verfahrens Algen\u00f6l in chemische Rohstoffe umwandeln, mit denen sich beispielsweise Kunststoffe erzeugen lassen.<\/p>\n
Den Konstanzer Chemikern gelang die Erzeugung von weiterverwertbaren chemischen Bausteinen mit der sogenannten isomerisierenden Alkoxycarbonylierung. Dabei werde die in Algen\u00f6l enthaltenen unges\u00e4ttigten Fetts\u00e4uren in Gegenwart von Kohlenmonoxid und Methanol sowie einem Katalysator zu geradlinigen Diestern umgewandelt. \u201eDas gelingt durch eine sogenannte \u2018dream reaction\u2019, bei der eine in der Mitte eines Algen\u00f6l-Molek\u00fcls befindliche reaktive Stelle katalytisch zu einer funktionellen Gruppe umgesetzt wird – welche aber mit gro\u00dfer Genauigkeit wie gew\u00fcnscht an einer ganz anderen Stelle des Molek\u00fcls entsteht\u201c, beschreibt Mecking das Verfahren. Aus einer funktionellen Gruppe in der Mitte wird dabei eine Ester-Gruppe am Ende des Molek\u00fcls, sodass das entstehende Molek\u00fcl zwei funktionelle Gruppen an den Kettenenden tr\u00e4gt. \u201eSolche Molek\u00fcle k\u00f6nnen leicht miteinander verkn\u00fcpft werden um Polymere zu erzeugen, weshalb sie attraktive Bausteine f\u00fcr die Erzeugung von Kunststoffen sind\u201c, erkl\u00e4rt Mecking.<\/p>\n
F\u00fcr die Pilotexperimente haben die Forscher die einzellige Kieselalge Phaeodactylum tricornutum<\/em> verwendet, deren \u00d6l sich durch einen hohen Anteil an vielfach unges\u00e4ttigten Fetts\u00e4uren auszeichnet. Sie kann au\u00dferdem genetisch modifiziert werden, um den Lipidanteil weiter zu erh\u00f6hen. \u201ePrinzipiell lassen sich die Synthesen auch mit \u00d6len aus anderen Algen durchf\u00fchren. Entscheidend f\u00fcr die Effizienz der Reaktion ist aber die Ausbeute an Lipiden, die sich aus den Algen erzielen lassen, sowie die Zusammensetzung aus unterschiedlichen Fetts\u00e4uren\u201c, erl\u00e4utert Kroth.<\/p>\n Nach dem ersten Erfolg des neuen Verfahrens widmen sich die Forscher der Optimierung der Extraktion. Beispielsweise erwies sich eine Ultraschall-Behandlung des \u00d6ls als vorteilhaft, um die Ausbeute zu erh\u00f6hen. \u201eDie optimale Gewinnung des Algen\u00f6ls ist Gegenstand unserer laufenden Arbeiten\u201c, erl\u00e4utert Mecking. Neben einer gr\u00f6\u00dferen Ausbeute ist dabei auch eine Verbindung der Extraktion mit der weiteren katalytischen Reaktion geplant.<\/p>\n In ersten Experimenten hat die Arbeitsgruppe Mecking bereits Kunststoffe aus den synthetischen Diester-Molek\u00fclen aufgebaut. Diese k\u00f6nnten zuk\u00fcnftig als Bausteine f\u00fcr mechanisch belastbare, aber abbaubare Materialien genutzt werden. \u201eAber auch dar\u00fcber hinausgehende Materialanwendungen f\u00fcr Bereiche wie oberfl\u00e4chenaktive Substanzen oder Schmiermittel sind m\u00f6glich\u201c, erl\u00e4utert Mecking. Die M\u00f6glichkeiten zur Gewinnung funktionaler chemischer Nutzstoffe aus den Algen sind mit den hier erzeugten Diestern auch noch lange nicht ersch\u00f6pft. \u201eGenerell k\u00f6nnen langkettige Molek\u00fcle angestrebt werden, welche mit verschiedenen, auch vielfachen, funktionellen Gruppen versehen sind\u201c, blickt Mecking in die Zukunft.<\/p>\n Trotz dieses Erfolgs ist nach Einsch\u00e4tzung von Mecking zuk\u00fcnftig aber nicht mit einer einzelnen, \u00e4hnlich dominanten Rohstoffquelle wie gegenw\u00e4rtig Erd\u00f6l zu rechnen. \u201eEs wird vermutlich verschiedene, sich erg\u00e4nzende L\u00f6sungen geben, die das Erd\u00f6l abl\u00f6sen\u201c, prognostiziert er. Daf\u00fcr sind beispielsweise Produkte aus Algen interessant, die sich durch besondere Eigenschaften auszeichnen, wie eben zum Beispiel \u00d6le mit einem hohen Anteil vielfach unges\u00e4ttigter Fetts\u00e4uren. Vor allem als Energielieferant k\u00f6nnen Algen aber fossile Brennstoffe in absehbarer Zeit nicht ersetzen. \u201eDie Kultur und \u00d6lgewinnung aus Algen ist trotz der Fotosynthese bislang noch nicht energieeffizient. Das hei\u00dft, zur Gewinnung eines Liters \u00d6l wird mehr Energie ben\u00f6tigt, als in dem Liter \u00d6l steckt\u201c, erkl\u00e4rt Kroth. Durch neue Methoden w\u00fcrde sich dieses Hindernis aber in Zukunft sicher \u00fcberwinden lassen, vermutet er.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Dank ihrer wertvollen Inhaltsstoffe und einfachen Zucht sind Algen vielversprechende Kandidaten f\u00fcr eine nachhaltige Rohstoffgewinnung. Das zeigt auch die Arbeit des Konstanzer Chemikers Prof. Dr. Stefan Mecking, der gemeinsam mit dem Pflanzenphysiologen Prof. Dr. Peter Kroth ein neues Verfahren zur Umwandlung von Algen\u00f6l zu h\u00f6herwertigen chemischen Bausteinen entwickelt hat. 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