{"id":25057,"date":"2015-03-20T03:03:44","date_gmt":"2015-03-20T02:03:44","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=25057"},"modified":"2015-03-19T18:06:49","modified_gmt":"2015-03-19T17:06:49","slug":"bioelektrische-chemieanlagen-koennten-klassische-petrolchemie-einmal-abloesen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/bioelektrische-chemieanlagen-koennten-klassische-petrolchemie-einmal-abloesen\/","title":{"rendered":"Bioelektrische Chemieanlagen k\u00f6nnten klassische Petrolchemie einmal abl\u00f6sen"},"content":{"rendered":"
\"bioelektrochemische
Mikrobielle Bioelektrokatalyse & Bioelektrotechnologie. Foto: Andr\u00e9 K\u00fcnzelmann\/ UFZ Zoom<\/a><\/figcaption><\/figure>\n

Leipzig\/Brisbane. Die \u201eElektrifizierung\u201c der Wei\u00dfen Biotechnologie ist kein gr\u00fcner Traum, sondern eine Alternative zur Petrolchemie mit realistischem \u00f6konomischen Potenzial. Im Vergleich mit der zuckerbasierten Bioproduktion seien bioelektrochemische Prozesse bereits jetzt zum Teil wettbewerbsf\u00e4hig. Die n\u00e4chste Generation dieser Chemieanlagen k\u00f6nnte daher nicht nur wesentlich umweltfreundlicher, sondern auch kosteneffizienter werden. Zu diesem Ergebnis kommen Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums f\u00fcr Umweltforschung (UFZ) und der University of Queensland, die erstmals die \u00f6konomischen Chancen dieses neuen Zweiges der Biotechnologie untersucht und die Ergebnisse im Fachblatt \u201eChemSusChem\u201c<\/a> ver\u00f6ffentlicht haben.<\/strong><\/p>\n

Im Gegensatz zur Energie- und Kraftstoffbranche, die zum Gro\u00dfteil durch staatliche Ziele gepr\u00e4gt ist, wird die Chemieindustrie ausschlie\u00dflich von Marktmechanismen dominiert. Firmen und Kunden sind bisher gr\u00f6\u00dftenteils nicht bereit, einen Mehrpreis f\u00fcr \u201egr\u00fcne\u201c Produkte zu bezahlen. Dies hat zur Folge, dass die Produktion von bio-basierten Chemikalien gegen\u00fcber der traditionellen erd\u00f6lbasierten Produktion billiger sein oder einen Zusatznutzen haben muss. Bei gleichen Kosten dagegen setzen Firmen meist auf die bew\u00e4hrten Produktionswege und -verfahren. Trotzdem wird der Anteil der \u201egr\u00fcnen\u201c an der gesamten Chemieproduktion bis 2025 deutlich steigen, so die Prognosen verschiedenster Institutionen. Dieser gro\u00dfe Markt steht im Mittelpunkt der sogenannten Wei\u00dfen Biotechnologie, die biotechnologische Methoden f\u00fcr industrielle Produktionsverfahren einsetzt und von der roten (Medizin) sowie gr\u00fcnen Biotechnologie (Pflanzen) abgegrenzt wird.<\/p>\n

\"bioelektrochemische
Bioreaktor mit Aufr\u00fcstset zur bioelektrischen Synthese. Foto: Andr\u00e9 K\u00fcnzelmann\/UFZ Zoom<\/a><\/figcaption><\/figure>\n

Treibstoffe und Chemikalien k\u00f6nnen bioelektrochemisch produziert werden. Dazu werden mikrobielle Synthesen durch elektrischen Strom angetrieben und gesteuert, was neue M\u00f6glichkeiten er\u00f6ffnet. Trotzdem ist diese \u201eElektrifizierung\u201c der wei\u00dfen Biotechnologie nicht leicht zu erreichen, da biochemische und elektrochemische Reaktionen unterschiedliche Prozessbedingungen bevorzugen. Deshalb besteht noch ein erheblicher Bedarf an systematischer Forschung und Entwicklung, um diese Technologie f\u00fcr den Markt verf\u00fcgbar zu machen, wie die Forscher in ihrer Arbeit darlegen.<\/p>\n

Um die \u00f6konomischen Chancen dieses relativ neuen Ansatzes abzusch\u00e4tzen, betrachteten die Forscher einen etablierten Prozess zur Biosynthese und verglichen diesen mit der entsprechenden Bioelektrosynthese. Als Modellprozess w\u00e4hlten sie die Lysinproduktion, welche konventionell auf Zuckern oder komplexen Substraten, wie beispielsweise auf Saccharose aus Zuckerr\u00fcben oder Melasse basiert. Lysin ist ein Massenprodukt, von dem 2013 \u00fcber 1,9 Millionen Tonnen hergestellt wurden. Diese Aminos\u00e4ure wird als Zusatz in Futtermitteln oder in Schmerzmitteln verwendet und erzielte Preise zwischen 1,6 und 2,4 US-Dollar pro Kilogramm. Die Forscher verglichen nun die Substratkosten f\u00fcr eine solche konventionelle Biosynthese (auf Saccharose basierend) mit der Bioelektrosynthese, bei welcher neben Saccharose auch elektrische Energie als Substrat eingesetzt wird.<\/p>\n

\"bioelektrochemische
Biofilmelektrode. Foto: Andr\u00e9 K\u00fcnzelmann\/UFZ Zoom<\/a><\/figcaption><\/figure>\n

Durch unterschiedliche Rohstoffpreise f\u00fcr Saccharose in der EU und in den USA ergaben sich f\u00fcr beide Szenarien unterschiedliche Kosten: Unter Annahme aktueller Marktpreise w\u00fcrde die bioelektrochemische Produktion von 30 Tonnen Lysin, was einem typischen Produktionsansatz entspricht, demnach in der EU etwa 21.500 US-Dollar und in den USA etwa 16.700 US-Dollar kosten. Gegen\u00fcber der klassischen Biosynthese erg\u00e4ben sich durch die neue, effizientere Produktionsmethode Kosteneinsparungen von 8,4% in der EU und 18,0% in den USA. Dabei werden potentielle Ersparnisse durch den geringeren Bedarf an Produktreinigung aufgrund der verringerten Nebenproduktproduktion noch nicht einmal ber\u00fccksichtigt\u201c erg\u00e4nzt Dr. Jens Kr\u00f6mer von der Universit\u00e4t Queensland. \u201eWenn man spekuliert und dies auf einen Zeithorizont von zehn Jahren umrechnet, macht dies bei einer Anlage mit einer Jahresproduktion von 50.000 Tonnen immerhin 30 Millionen US-Dollar in der EU bzw. 50 Millionen US-Dollar in den USA aus. Dabei m\u00fcssen allerdings noch die zus\u00e4tzlichen Investitionskosten, welche bisher nicht abgesch\u00e4tzt werden k\u00f6nnen, abgezogen werden. Nichtsdestotrotz zeigt dieses Beispiel, dass die bioelektrische Produktion von Chemikalien also auch \u00f6konomisch interessant werden kann\u201c, erkl\u00e4rt Dr. Falk Harnisch vom UFZ.<\/p>\n

Die Bioelektrotechnologie ist also ein Thema mit weitreichender Bedeutung. Das Fachjournal \u201eChemSusChem\u201c, das sich der Chemie und der Nachhaltigkeit verschrieben hat, widmet daher dieser Publikation auch seine Titelseite. Diese zeigt das (von einer Mitautorin gezeichnete) Bild eines Globus mit zwei Seiten \u2013 der gr\u00fcnen Synthese und der Erd\u00f6lchemie. Dieser positive Ausblick soll ausreichend dazu motivieren, die Forschung der Bioelektrotechnologie weiter zu f\u00f6rdern.<\/p>\n

 <\/p>\n

Publikation:<\/h3>\n

Harnisch, F., Rosa, L. F. M., Kracke, F., Virdis, B. and Kr\u00f6mer, J. O. (2014): Electrifying White Biotechnology: Engineering and Economic Potential of Electricity-Driven Bio-Production. ChemSusChem. doi: 10.1002\/cssc.201402736
\nhttp:\/\/dx.doi.org\/10.1002\/cssc.201402736<\/a>
\nDie Untersuchungen wurden gef\u00f6rdert durch das Bundesministerium f\u00fcr Bildung und Forschung (BMBF-Initiative \u201eN\u00e4chste Generation biotechnologischer Verfahren – Biotechnologie 2020+”), die Helmholtz-Gemeinschaft (Nachwuchsgruppe & Forschungsprogramm Erneuerbare Energien) sowie die University of Queensland.<\/em><\/p>\n

Als deutschsprachige \u00dcbersicht zum Thema:<\/h3>\n

Agler-Rosenbaum, M., Schr\u00f6der, U. und Harnisch, F. (2013): Mikroben unter Strom. Biologie in unserer Zeit, 43: 96\u2013103. doi: 10.1002\/biuz.201310502
\nhttp:\/\/dx.doi.org\/10.1002\/biuz.201310502<\/a>
\nDie Arbeit wurde gef\u00f6rdert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG-Exzellenzcluster \u201eTailor-Made Fuels from Biomass\u201c), \u00fcber das Zukunftskonzept II der RWTH Aachen, das Bundesministerium f\u00fcr Bildung und Forschung (BMBF-Initiative \u201eN\u00e4chste Generation biotechnologischer Verfahren – Biotechnologie 2020+”) und die Helmholtz-Gemeinschaft (Nachwuchsgruppe & Forschungsprogramm Erneuerbare Energien).<\/em><\/p>\n

 <\/p>\n

Kontakte<\/h3>\n

Dr. Falk Harnisch
\nLeiter der Arbeitsgruppe Mikrobielle Bioelektrokatalyse & Bioelektrotechnologie
\nim Department Umweltmikrobiologie am Helmholtz-Zentrum f\u00fcr Umweltforschung (UFZ)
\nTelefon: +49-(0)341-235-1337
\nDr. Falk Harnisch: falk.harnisch@ufz.de<\/a><\/p>\n

und<\/p>\n

Dr. Luis Filipe Morgado Rosa (auf Englisch & Portugiesisch)
\nArbeitsgruppe Mikrobielle Bioelektrokatalyse & Bioelektrotechnologie
\nim Department Umweltmikrobiologie am Helmholtz-Zentrum f\u00fcr Umweltforschung (UFZ)
\nTelefon: +49-(0)341-235-1373-3237<\/p>\n

und<\/p>\n

Dr. Jens Kr\u00f6mer
\nUniversity of Queensland
\nPhone: 07 3346 3222
\ne-mail: j.kromer@awmc.uq.edu.au<\/a><\/p>\n

oder \u00fcber<\/p>\n

Helmholtz-Zentrum f\u00fcr Umweltforschung
\nTilo Arnhold, Susanne Hufe (UFZ-Pressestelle)
\nTelefon: +49-(0)341-235-1635, -1630<\/p>\n

 <\/p>\n

Weitere Informationen<\/h3>\n

Arbeitsgruppe \u201eMikrobielle Bioelektrokatalyse & Bioelektrotechnologie\u201c am UFZ:
\nhttp:\/\/www.ufz.de\/index.php?de=31005<\/a><\/p>\n

Forschung zur mikrobiellen Bioelektrotechnologie wird in Leipzig etabliert
\n(Pressemitteilung vom 13. September 2012):
\nhttp:\/\/www.ufz.de\/index.php?de=30828<\/a><\/p>\n

Initiative “N\u00e4chste Generation biotechnologischer Verfahren – Biotechnologie 2020+”:
\nhttp:\/\/www.bmbf.de\/de\/biotechnologie2020plus.php<\/a><\/p>\n

Was ist Biotechnologie?:
\nhttps:\/\/www.biotechnologie.de\/BIO\/Navigation\/DE\/Hintergrund\/basiswissen,did=79764.html<\/a><\/p>\n

 <\/p>\n

\u00dcber das Helmholtz-Zentrum f\u00fcr Umweltforschung<\/h3>\n

Im Helmholtz-Zentrum f\u00fcr Umweltforschung (UFZ) erforschen Wissenschaftler die Ursachen und Folgen der weit reichenden Ver\u00e4nderungen der Umwelt. Sie befassen sich mit Wasserressourcen, biologischer Vielfalt, den Folgen des Klimawandels und Anpassungsm\u00f6glichkeiten, Umwelt- und Biotechnologien, Bioenergie, dem Verhalten von Chemikalien in der Umwelt, ihrer Wirkung auf die Gesundheit, Modellierung und sozialwissenschaftlichen Fragestellungen. Ihr Leitmotiv: Unsere Forschung dient der nachhaltigen Nutzung nat\u00fcrlicher Ressourcen und hilft, diese Lebensgrundlagen unter dem Einfluss des globalen Wandels langfristig zu sichern. Das UFZ besch\u00e4ftigt an den Standorten Leipzig, Halle und Magdeburg \u00fcber 1.100 Mitarbeiter. Es wird vom Bund sowie von Sachsen und Sachsen-Anhalt finanziert.<\/p>\n

\u00dcber die Helmholtz-Gemeinschaft<\/h3>\n

Die Helmholtz-Gemeinschaft leistet Beitr\u00e4ge zur L\u00f6sung gro\u00dfer und dr\u00e4ngender Fragen von Gesellschaft, Wissenschaft und Wirtschaft durch wissenschaftliche Spitzenleistungen in sechs Forschungsbereichen: Energie, Erde und Umwelt, Gesundheit, Schl\u00fcsseltechnologien, Struktur der Materie, Verkehr und Weltraum. Die Helmholtz-Gemeinschaft ist mit fast 36.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in 18 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 3,8 Milliarden Euro die gr\u00f6\u00dfte Wissenschaftsorganisation Deutschlands. Ihre Arbeit steht in der Tradition des Naturforschers Hermann von Helmholtz (1821-1894).<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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