Mit der Steigleiter heutiger Treibstoffkosten steigt auch das Interesse der mobilit\u00e4tsabh\u00e4ngigen Industriegesellschaft an Erd\u00f6l-unabh\u00e4ngigen Alternativen. Der in etlichen Variationen geschaffene Sprit aus Pflanzen verspricht in absehbarer Zeit das \u00f6konomische Wunder.<\/b> <\/p>\n
Allerdings verh\u00e4lt sich die Biomasse sperrig, wenn ihre Energie anders als durch Verbrennung genutzt werden soll. Eine M\u00f6glichkeit, Pflanzenkraft in Motortreibstoff zu verwandeln, ist die Erzeugung von Bioethanol, welchem eine bessere Energiebilanz als dem Methanol nachgesagt wird. Momentan ist die Gewinnung von Bioethanol als Sprit-Zumischung aus \u00f6konomischer und \u00f6kologischer Sicht aber noch sehr optimierungsbed\u00fcrftig. <\/p>\n
Einer jener Forscher, die eine Optimierung auf biologischer Basis vorantreiben, ist Eckhard Boles<\/a> vom Institut f\u00fcr Mikrobiologie der Universit\u00e4t Frankfurt<\/a> am Main. In enger Zusammenarbeit mit dem Team von B\u00e4rbel Hahn-H\u00e4gerdal an der Universit\u00e4t Lund<\/a> (Schweden) hat seine Arbeitsgruppe einen hoffnungstr\u00e4chtigen Hefestamm entwickelt. Mit diesem k\u00f6nnen sogar bislang unbrauchbare Pflanzenteile zu Ethanol gewandelt werden.<\/p>\n Zucker – eine vielschichtige Molek\u00fclwelt<\/b><\/p>\n Hefen brauchen f\u00fcr eine alkoholische G\u00e4rung so genannte Hexosen, dies sind aus sechs Kohlenstoffatomen aufgebaute Zucker wie z.B. Glukose, wie sie auch f\u00fcr den Aufbau von St\u00e4rke und Cellulose bekannt sind. Zur Gewinnung von Bioethanol ben\u00f6tigt man \u00fcblicherweise pflanzliches Material mit hohem Zucker- oder St\u00e4rkegehalt, etwa aus Zuckerr\u00fcben und Getreide. Dieser Bioalkohol stammt in diesen F\u00e4llen also letztlich vom Acker. <\/p>\n Mehr und mehr wird aber auch auf Rohstoffe gesetzt, welche nicht extra angebaut werden m\u00fcssen, wie Stroh, \u00c4ste, Holz, Altpapier, Kartonagen und h\u00e4uslichen Bioabfall. Dieses Material enth\u00e4lt neben Lignocellulose und Cellulose auch nennenswerte Anteile von Hemicellulose, welche nicht nur aus Hexosen, sondern auch aus Pentosen aufgebaut ist, Zuckerarten mit f\u00fcnf Kohlenstoffatomen.<\/p>\n Cellulose kann mittels Enzymen (Cellulasen) in ihre Bestandteile zerlegt und anschlie\u00dfend von Hefen zu Ethanol umgewandelt werden. Leider steht die Hemicellulose einer \u00f6konomischen Umwandlung solcher Rohstoffe in Alkohol im Wege, was an den bei der Spaltung frei gesetzen Pentosen liegt. Der gr\u00f6\u00dfte Teil hiervon ist Xylose, gefolgt von Arabinose. Diese Zuckerarten kann die f\u00fcr die Ethanolproduktion verwendete B\u00e4cker- bzw. Bierhefe (Saccharomyces cerevisiae) nicht verg\u00e4ren.<\/p>\n Modifizierte Hefe<\/b><\/p>\n Die Mikrobiologen aus Frankfurt und Lund haben daher nach einer M\u00f6glichkeit gesucht, die Hefe beim Stoffwechsel genetisch aufzur\u00fcsten. Bei einer anderen Hefeart (Pichia stipitis) wurden sie f\u00fcndig, denn diese enth\u00e4lt Enzyme, die zur Umsetzung von Xylose ben\u00f6tigt werden. Die Wissenschaftler \u00fcbertrugen die Gene f\u00fcr zwei dieser Enzyme auf B\u00e4ckerhefe, welche au\u00dferdem zu h\u00f6herem Wachstum eigener Enzyme modifiziert wurde. Tats\u00e4chlich konnte die so ver\u00e4nderte B\u00e4ckerhefe daraufhin ohne Weiteres Xylose verg\u00e4ren.<\/p>\n Boles fand heraus, dass der B\u00e4ckerhefe auf \u00e4hnlichem Wege auch die F\u00e4higkeit zur Verwertung von Arabinose verliehen werden kann. Ein in die Hefe eingesetzter bakterieller Stoffwechselweg mit einem Gen aus Bacillus subtilis und zwei Genen aus Kolibakterien macht dies m\u00f6glich. Warum nicht gleich Bakterien zur Ethanolgewinnung aus Pentosen nutzen? Leider reagieren Bakterien empfindlich auf diverse Hemmstoffe, welche bei der Umsetzung des Pflanzenmaterials freigesetzt werden, darunter Phenole und Aldehyde. Auch die zugesetzte S\u00e4ure, die der Aufl\u00f6sung der Hemicellulose dient, schadet den Bakterien, nicht indes der Hefe.<\/p>\n Zwei Hefen – ein Stoffwechsel<\/b><\/p>\n Je ein Hefestamm zur Xylosespaltung und einer f\u00fcr die Verwertung von Arabinose w\u00e4re unter den Bedingungen im Bioreaktor kritisch gewesen – k\u00f6nnte doch m\u00f6glicherweise einer der St\u00e4mme sich als dominant erweisen, was sich nachteilig auf den Ethanolertrag auswirken w\u00fcrde. Die Forscher versuchten daher, beide Stoffwechselwege in einen einzelnen Hefestamm zu integrieren. Dies Unterfangen ist ihnen j\u00fcngst gegl\u00fcckt. <\/p>\n Diese nun mit f\u00fcnf fremden Genen ausgestattete Hefe ist ein Wunderwerk. Sie erzeugt Alkohol nicht nur aus Hexosen, wie bei der B\u00e4ckerhefe \u00fcblich, sondern auch aus Xylose und Arabinose. Der Ethanolertrag aus diesen Pentosen betr\u00e4gt somit etwa 30 bis 40 Prozent und bleibt noch steigerungsf\u00e4hig, ist Boles \u00fcberzeugt. <\/p>\n Das Lignin, ein weiterer Bestandteil der Lignocellulose, bleibt indes nicht verg\u00e4rungsf\u00e4hig. Dieser abfallende Sekund\u00e4rrohstoff kann aber \u00fcber seine Verbrennung einen Teil der W\u00e4rme zum Destillieren des Alkohols und zum Heizen des Bioreaktors stellen.<\/p>\n Boles Verfahren zur Ethanolgewinnung aus Lignocellulose ist in den USA bereits viel beachtet, europ\u00e4ische und speziell deutsche Firmen ignorieren dies derzeit noch geflissentlich. <\/p>\n Gl\u00fccklicherweise sind die f\u00fcr europ\u00e4ische Forschungsf\u00f6rderung zust\u00e4ndigen Stellen in Br\u00fcssel dahin gehend zug\u00e4nglicher. Erst k\u00fcrzlich startete ein Projekt mit zwanzig Forschergruppen, darunter die um Boles, welche das Potenzial der Ethanolerzeugung aus Lignocellulose weiter ausarbeiten sollen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Mit der Steigleiter heutiger Treibstoffkosten steigt auch das Interesse der mobilitätsabhängigen Industriegesellschaft an Erdöl-unabhängigen Alternativen. 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