Sie leben in hei\u00dfen Quellen und z\u00e4hlen zu den \u00e4ltesten Lebensformen des Planeten: Archaeen sind Mikroorganismen mit teils bemerkenswerten Stoffwechselwegen. Dazu z\u00e4hlt auch die F\u00e4higkeit, Kohlendioxid aus der Luft zu verwenden, um es in chemische Verbindungen einzubauen. Gel\u00e4nge es, diese F\u00e4higkeiten in Bakterien zu \u00fcbertragen, die sich biotechnologisch gut nutzen lassen, k\u00f6nnte so nicht nur das Klimagas einem sinnvollen Zweck zugef\u00fchrt, sondern auch noch Erd\u00f6l als Rohstoff ersetzt werden.<\/p>\n
Plattformchemikalie aus Kohlendioxid und Wasserstoff
\nGenau dieses Ziel hat sich das Projekt \u201eCO2CHEM \u2013 Biologische Konversion von CO2 zur Plattform-Chemikalie 3-Hydroxypropans\u00e4ure\u201c gesetzt. Wie der Name sagt, wollen die beteiligten Forscher aus Kohlendioxid und Wasserstoff 3-Hydroxypropans\u00e4ure herstellen. Das Potenzial einer solchen Technologie ist riesig. Das zeigt sich auch darin, dass es sich bei dem im M\u00e4rz 2015 gestarteten \u201eCO2CHEM\u201c um ein ERA-IB-Projekt handelt: Das Programm \u201eEuropean Research Area Industrial Biotechnology\u201c hat das Ziel, auf europ\u00e4ischer Ebene wichtige Forschungsziele zu identifizieren und die entsprechenden Forschungsressourcen zu b\u00fcndeln. Gef\u00f6rdert werden die beteiligten Projektpartner dann durch ihre jeweiligen nationalen Forschungsministerien. So sollen die nationalen Finanzmittel besonders wirksam genutzt werden k\u00f6nnen.<\/p>\n
Sechs Partner aus drei EU-L\u00e4ndern werden national gef\u00f6rdert
\nAn CO2CHEM sind sechs Partner aus drei EU-L\u00e4ndern beteiligt: Projektkoordinator Peter D\u00fcrre von der Universit\u00e4t Ulm sowie Teilprojekte an der Universit\u00e4t Frankfurt am Main, der Universit\u00e4t Nottingham (Gro\u00dfbritannien), der Technischen Universit\u00e4t von D\u00e4nemark, der britischen Firma Lanza Tech und der Siemens AG. Rund drei Millionen Euro F\u00f6rdermittel beziehen die Projektpartner insgesamt. Die universit\u00e4ren Partner befassen sich inbesondere damit, die Gene f\u00fcr geeignete Enzyme zu identifizieren, in industrietaugliche Bakterien zu \u00fcbertragen und so die f\u00fcr die chemische Umwandlung von CO2 und H2 in 3-Hydroxypropans\u00e4ure ben\u00f6tigten Enzyme herzustellen. Vor allem bei der Siemens AG lag die Aufgabe, bis Februar 2018 diesen Herstellungsprozess zu bewerten und auf seine Wirtschaftlichkeit hin zu pr\u00fcfen.<\/p>\n
\u201eDie Biologen z\u00fcchten Mikroorganismen, die im Reagenzglas ein Produkt herstellen. Wir \u00fcberlegen dann: Wie sieht der gro\u00dftechnische Prozess in gro\u00dfen Bioreaktoren aus?\u201c, erl\u00e4utert Siemens-Projektleiter Manfred Baldauf. Zum einen sind da die Investitionskosten in die gesamte Prozesskette, insbesondere die Gasfermentation bis hin zur Aufbereitung und die Elektrolyse zur Herstellung des Wasserstoffs. Zum anderen geh\u00f6ren dazu die Betriebskosten, darunter Strom- und W\u00e4rme- bzw. auch K\u00e4ltebedarf, Verbrauchsmaterialien wie die N\u00e4hrstoffe f\u00fcr die Bakterien, Wasserkosten und die Finanzierungskosten der Investition.<\/p>\n
Bewertungsmethodik erfolgreich entwickelt
\nBei der konkreten Kalkulation gab es allerdings eine Herausforderung: \u201eWir hatten zu Projektbeginn keine Daten zum Herstellungsprozess f\u00fcr 3-Hydroxypropions\u00e4ure\u201c, erinnert sich Baldauf. Der Prozess befand sich erst in der Entwicklung. Mit welcher Produktionsrate die Enzyme sp\u00e4ter arbeiten w\u00fcrden, und welche Anforderungen die Mikroorganismen an ihr N\u00e4hrmedium stellen, um optimal zu arbeiten \u2013 all das stand zun\u00e4chst nicht fest.<\/p>\n
Baldauf entschloss sich daher, mit seinen Kollegen ein Bewertungsschema anhand eines verwandten, schon vorhandenen biotechnologischen Prozesses zu entwickeln \u2013 der Herstellung von Ethanol aus CO2 und H2. Das Schema k\u00f6nnte sp\u00e4ter auf 3-Hydroxypropans\u00e4ure \u00fcbertragen werden, wenn der Part der Biologen abgeschlossen ist.<\/p>\n
Dabei zeigte sich, dass die gr\u00f6\u00dften Herausforderungen wohl die Stromkosten und die Stromverf\u00fcgbarkeit sein d\u00fcrften. \u201eDamit der Wasserstoff keinen CO2-Fu\u00dfabdruck mitbringt, muss die Elektrolyse, in der er entsteht, mit gr\u00fcnem Strom betrieben werden\u201c, erl\u00e4utert Baldauf. Der ist \u2013 zumindest in Deutschland \u2013 bislang jedoch nicht in ausreichendem Ma\u00dfe verf\u00fcgbar, z.B. wenn nachts die Photovoltaik oder bei Flaute die Windenergie entf\u00e4llt. \u201eF\u00fcr die Produktionsanlage w\u00e4re keine Volllast m\u00f6glich, sie liefe weniger als das halbe Jahr\u201c, bringt Baldauf das Problem auf den Punkt. In Deutschland ist es zudem teurer, \u00d6kostrom herzustellen,\u00a0als in manchen sonnen- oder windverw\u00f6hnten L\u00e4ndern. \u201eF\u00fcr Ethanol, das heute gut aus Zuckerrohr erzeugt werden kann, w\u00fcrde sich der Produktionsweg aus CO2 und H2 in Deutschland derzeit nicht rechnen\u201c, res\u00fcmiert Baldauf.<\/p>\n
Konkrete Resultate noch nicht verf\u00fcgbar
\nWas aber bedeutet das f\u00fcr 3-Hydroxypropans\u00e4ure? Da die Daten aus der Biologie bislang nicht vorliegen, k\u00f6nnen die Siemens-Forscher nur mutma\u00dfen. Wichtige Stellschrauben sind wegen des ben\u00f6tigten Wasserstoffs auf jeden Fall der Strompreis und die Anlagenauslastung. \u201eAber vielleicht gibt es f\u00fcr 3-Hydroxypropans\u00e4ure keinen anderen einfachen Produktionsweg, sodass man einen Kostenaufschlag in Kauf nimmt\u201c, spekuliert Baldauf. Eine regulatorische Unterst\u00fctzung beim Strompreis k\u00f6nne ebenfalls helfen, die Wirtschaftlichkeit zu verbessern. Vielleicht gelingt es den Biologen auch, die Bakterien und deren Enzyme so weit zu optimieren, dass die Produktionsrate die Frage der Verf\u00fcgbarkeit billigen \u00d6kostroms wettmacht. Baldaufs Fazit lautet daher: \u201eJetzt sind erst einmal die Biologen am Zug.\u201c<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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