Meilenweit rauschen die Maispflanzen, und die R\u00fcbenacker reichen bis zum Horizont. Wer soll das alles essen? Keine Sorge: Ein wachsender Anteil dieser Fr\u00fcchte auf deutschen Feldern w\u00e4chst nicht f\u00fcr die Lebens- oder Futtermittel-Industrie. Immer \u00f6fter handelt es sich um “Biogas-Crops” \u2013 Pflanzen, die eigens f\u00fcr die Biogasgewinnung angebaut werden.<\/b><\/p>\n
Denn die Erneuerbaren Energien sind auf Wachstumskurs: Ihr Anteil am Stromverbrauch ist 2005 auf 10,2 Prozent gewachsen. Im Vorjahr waren es 9,4 Prozent. Das sind insgesamt rund 62 Milliarden Kilowattstunden. Biomasse aus Pflanzen stand dabei an dritter Stelle, den gr\u00f6\u00dften Anteil leistete die Windenergie, gefolgt von der Wasserkraft. Besonders die Stromerzeugung aus Biogas erh\u00f6hte sich im Vergleich zum Vorjahr um rund zwei Milliarden Kilowattstunden.<\/p>\n
Projekte der Grundlagenforschung, in denen es um die Gewinnung von Energie aus erneuerbaren Quellen geht, hat das Bundesministerium f\u00fcr Bildung und Forschung (BMBF)<\/a> als Zukunftsthema erkannt. An der Humboldt-Universit\u00e4t<\/a> f\u00f6rdert das BMBF zwei solcher Vorhaben.<\/p>\n Um die Forschung entlang der Wertsch\u00f6pfungskette Pflanze (Energiespeicher), Energieumwandlungsprozess (Biogasreaktor) und Energietr\u00e4ger (Biogas) dreht sich das Projekt “Grundlagen der Biogasgewinnung aus pflanzlicher Biomasse”<\/b>. <\/p>\n Biogas besteht bis zu 75 Prozent aus dem gasf\u00f6rmigen Energietr\u00e4ger Methan und wird in gesteuerten Prozessen mit Hilfe von anaeroben Mikroorganismen in Biogasanlagen gewonnen. Nachdem urspr\u00fcnglich vor allem G\u00fclle und landwirtschaftliche Abprodukte zu Biogas vergoren wurden, ist durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz die ausschlie\u00dfliche Fermentation von Pflanzen wirtschaftlich interessant geworden.<\/p>\n “Dieser Prozess l\u00e4uft derzeit noch in einer Art Black Box ab”, sagt Stefan K\u00f6hler, Leiter des HU-Instituts f\u00fcr Agrar- und Stadt\u00f6kologische Projekte (IASP). “Obwohl Ausgangs- und Endprodukt bekannt sind, sind die mikrobiologischen Prozesse kaum erforscht.” Das An-Institut der Universit\u00e4t koordiniert die zehn im Projekt vereinten Forschergruppen. Ihre Arbeit soll dazu beitragen, dass die Biogas-Produktion besser zu steuern ist, dass negative Effekte wie Vers\u00e4uerung verhindert werden und vor allem, dass die Ausbeute von derzeit rund 180 Kubikmetern Biogas pro Tonne Pflanzenmaterial erh\u00f6ht werden kann.<\/p>\n Mit diesem Ziel werden die Aufbereitung und die Fermentation der rein pflanzlichen Ausgangssubstrate, der Biogas-Crops erforscht: Mais, Roggen, Gras und R\u00fcben. In der Arbeitsgruppe “Vorbehandlung von Biogas-Crop” befasst sich das Fachgebiet Agrartechnik der Landwirtschaftlich-G\u00e4rtnerischen Fakult\u00e4t der HU unter Leitung von J\u00fcrgen Hahn unter anderem der Frage, wie sich in der Vorphase des Verg\u00e4rungsprozesses die bestm\u00f6glichen Bedingungen f\u00fcr den Biogasreaktor schaffen lassen. Dazu werden auch mathematische Modelle entwickelt werden. Das “Biogas-Crops-Network” wird vom BMBF mit insgesamt 1,8 Millionen Euro f\u00fcr drei Jahre gef\u00f6rdert.<\/p>\n Das zweite Verbundprojekt “BioH”<\/b> erforscht “Grundlagen f\u00fcr einen biotechnologischen und biometrischen Ansatz der Wasserstoffproduktion”. Hier nehmen Wissenschaftler auf der Suche nach M\u00f6glichkeiten zur Herstellung von Wasserstoff den Prozess der Energiegewinnung zum Vorbild \u2013 wie sie ihn die Cyanobakterien, Gr\u00fcnalgen und h\u00f6here Pflanzen bei der Photosynthese betreiben. Wenn das Projekt erfolgreich ist, kann mit Hilfe von Wasser und Licht Wasserstoff produziert werden: die billigste und umweltfreundlichste Methode der Energiegewinnung. <\/p>\n Die Arbeitsgruppe unter Leitung von B\u00e4rbel Friedrich vom Institut f\u00fcr Biologie verfolgt dabei zwei Ans\u00e4tze, bei denen bestimmte Enzyme, die Hydrogenasen, eine entscheidende Rolle spielen. Im Rahmen der Photosynthese produzieren Pflanzen und Cyanobakterien, mit denen die Wissenschaftler arbeiten, aus Kohlendioxid und Wasser mit Hilfe des Sonnenlichts Zucker und Sauerstoff. An diesem Prozess sind zwei “molekulare Maschinen” beteiligt, die Photosysteme I und II, die das Wasser spalten und dabei Sauerstoff, Protonen und Elektronen freisetzen. <\/p>\n Ziel der Wissenschaftler ist es, die Wasserspaltung direkt mit der Wasserstofferzeugung zu koppeln. Dazu wird eine spezielle, Wasserstoff erzeugende Hydrogenase in die Cyanobakterien eingef\u00fchrt, die die Protonen und Elektronen zusammenf\u00fchrt und dabei Wasserstoff freisetzt.<\/p>\n “Die biologische Wasserstoff-Gewinnung mit Hilfe der bakteriellen Photosynthese stand schon in den 80er und 90er Jahren im Mittelpunkt des Interesses”, sagt Oliver Lenz vom Institut f\u00fcr Biologie und Mitarbeiter des Projekts. Doch erst jetzt stehen die genauen Informationen \u00fcber die molekulare Funktion des Photosystems und der Hydrogenasen sowie die genetischen Methoden f\u00fcr die \u00dcbertragung der Hydrogenasen in Cyanobakterien zur Verf\u00fcgung. <\/p>\n “Erste Versuche der Kopplung des Photosystems mit Hydrogenase sind im Reagenzglas bereits erfolgreich verlaufen”, sagt Lenz. Es gelte jedoch noch einige H\u00fcrden zu \u00fcberwinden. Um die Effizienz zu steigern, muss die Wasserstoff produzierende Aktivit\u00e4t der Hydrogenasen erh\u00f6ht werden. Au\u00dferdem muss der Stoffwechsel der Cyanobakterien so ver\u00e4ndert werden, dass sie einerseits Wasserstoff freisetzen und andererseits weiterhin wachsen und vermehren. An dem Projekt sind neun international f\u00fchrende Arbeitsgruppen aus f\u00fcnf Universit\u00e4ten und zwei Max-Planck-Instituten beteiligt. Es wird zun\u00e4chst drei Jahre lang mit insgesamt rund zwei Millionen Euro gef\u00f6rdert.<\/p>\n Ein zweiter Einsatzbereich f\u00fcr die Hydrogenasen, die in der Arbeitsgruppe untersucht werden, sind biologische Brennstoffzellen. Wie herk\u00f6mmliche Brennstoffzellen spaltet auch diese Variante Wasserstoff an einer Elektrode in Elektronen und Protonen. An der zweiten Elektrode wird Wasser durch die Vereinigung von Protonen und Elektronen mit dem Sauerstoff der Luft erzeugt. Durch die Reaktionen an beiden Elektroden der Brennstoffzelle entsteht durch Ladungstrennung elektrischer Strom.<\/p>\n Der Vorteil der biologischen Brennstoffzelle, die die Berliner Arbeitsgruppe zusammen mit Forschern der Universit\u00e4t Oxford (England) entwickelt und bereits patentiert hat: Auf die teuren Platinelektroden kann verzichtet werden, und zur Trennung der Elektrodenr\u00e4ume ist keine Membran notwendig. Erneuerbar, praxisnah und sparsam \u2013 die Wissenschaftler sind sichtlich stolz an diesen Zukunftsthemen mitzuwirken.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Meilenweit rauschen die Maispflanzen, und die Rübenacker reichen bis zum Horizont. Wer soll das alles essen? 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