{"id":26413,"date":"2015-06-08T03:03:31","date_gmt":"2015-06-08T01:03:31","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=26413"},"modified":"2021-09-09T21:45:34","modified_gmt":"2021-09-09T19:45:34","slug":"vom-potenzial-der-elektro-biotechnologie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/vom-potenzial-der-elektro-biotechnologie\/","title":{"rendered":"Vom Potenzial der Elektro-Biotechnologie"},"content":{"rendered":"

Mikroben als Hersteller von biobasierten Chemikalien sind Alltag in der industriellen Biotechnologie. Gef\u00fcttert werden die biologischen Minifabriken meist mit Zucker. Einen\u00a0alternativen Weg bietet die Elektrobiotechnologie: Hier wird der Stoffwechsel von Bakterien mit Strom angetrieben. Als zus\u00e4tzlicher Rohstoff k\u00f6nnten organische Abf\u00e4lle oder\u00a0Kohlendioxid dienen.\u00a0Solche bioelektrochemische Prozesse sind bereits jetzt zum Teil wettbewerbsf\u00e4hig. Zu diesem Ergebnis kommen Wissenschaftler um Falk Harnisch vom Helmholtz-Zentrum f\u00fcr Umweltforschung (UFZ) und der University of Queensland, die die \u00f6konomischen Chancen der Elektro-Biotechnologie untersucht haben. Die Forscher berichten im Fachblatt ChemSusChem (2015, Bd.8, S. 758<\/a>). Das BMBF f\u00f6rdert die Arbeiten im Rahmen der Initiative \u201eBiotechnologie 2020+\u201c.<\/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. Treibstoffe und Chemikalien k\u00f6nnen bioelektrochemisch produziert werden. Dazu werden mikrobielle Synthesen durch elektrischen Strom angetrieben und gesteuert, was neue M\u00f6glichkeiten er\u00f6ffnet.<\/p>\n

Aminos\u00e4ureproduktion als Modell<\/h3>\n

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. 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 weltweit \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.<\/p>\n

Elektrische Energie als Substrat<\/h3>\n

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. 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.<\/p>\n

\u201eDabei werden potentielle Ersparnisse durch den geringeren Bedarf an Produktreinigung aufgrund der verringerten Nebenproduktproduktion noch nicht einmal ber\u00fccksichtigt\u201c erg\u00e4nzt\u00a0 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, erl\u00e4utert Falk Harnisch vom UFZ.\u00a0Als Forschungspreistr\u00e4ger im Rahmen der Inititative Biotechnologie 2020+ hat er in Leipzig eine Arbeitsgruppe zur mikrobiellen Biokatalyse aufgebaut.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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