{"id":93579,"date":"2021-08-06T07:09:00","date_gmt":"2021-08-06T05:09:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=93579"},"modified":"2021-09-09T21:01:38","modified_gmt":"2021-09-09T19:01:38","slug":"kohlenstoffdioxid-als-rohstoff-fur-kunststoffe-und-co","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/kohlenstoffdioxid-als-rohstoff-fur-kunststoffe-und-co\/","title":{"rendered":"Kohlenstoffdioxid als Rohstoff f\u00fcr Kunststoffe und Co"},"content":{"rendered":"\n\n\n

Einen m\u00f6glichen Weg zur Kohlendioxid-Reduktion zeigen Fraunhofer-Forschende auf: Sie nutzen das Klimagas als Rohstoff, etwa f\u00fcr Kunststoffe. Dazu stellen sie aus Kohlendioxid zun\u00e4chst Methanol und Ameisens\u00e4ure her, die sie via Mikroorganismen zu Bausteinen f\u00fcr Polymere und Co. umwandeln.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Vereinzelungs-Austrich zur Isolierung von Einzelkolonien von M. extorquens AM1 auf einer Methanol-haltigen Minimalmedium-Agarplatte. Source: Fraunhofer IGB<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Bei der Verbrennung fossiler Rohstoffe gelangt verst\u00e4rkt Kohlendioxid in die Luft. Mittlerweile ist die Kohlendioxid-Konzentration in der Erdatmosph\u00e4re bereits auf etwa 400 Parts per Million (ppm) gestiegen \u2013 das entspricht 0,04 Prozent. Zum Vergleich: Bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts lag dieser Wert noch im Bereich von 280 ppm. Der hohe Anteil an Kohlenstoffdioxid wirkt sich deutlich auf das Klima aus. Seit dem 1. Januar 2021 werden die Kohlendioxid-Emissionen aus der Verbrennung fossiler Kraftstoffe daher bepreist \u2013 produzierende Unternehmen m\u00fcssen also f\u00fcr ihre Emissionen zahlen. Viele Betriebe suchen daher nach neuen Wegen. Wie lassen sich die Kosten, die mit der Bepreisung von Kohlendioxid-Emissionen verbunden sind, senken? Wie kann man den Aussto\u00df durch biointelligente Prozesse reduzieren?<\/p>\n\n\n\n

Katalytische Chemie und Biotechnologie \u2013 gewinnbringend verkn\u00fcpft<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Ans\u00e4tze dazu entwickeln Forscherinnen und Forscher derzeit in den Projekten EVOBIO und ShaPID am Fraunhofer-Institut f\u00fcr Grenzfl\u00e4chen- und Bioverfahrenstechnik IGB. Beide Projekte bearbeiten sie im Verbund mit mehreren Fraunhofer-Instituten. “Wir nutzen das Kohlenstoffdioxid als Rohstoffquelle”, sagt Dr. Jonathan Fabarius, Themenfeldleiter f\u00fcr die Mikrobielle Katalyse am Fraunhofer IGB. “Dazu verfolgen wir zwei Ans\u00e4tze: Erstens die heterogene chemische Katalyse, bei der wir das Kohlendioxid mit einem Katalysator zu Methanol umsetzen. Zweitens die Elektrochemie, mit der wir aus dem Kohlendioxid Ameisens\u00e4ure produzieren.” Die Besonderheit liegt jedoch nicht allein in dieser Kohlendioxid-basierten Methanol- und Ameisens\u00e4ureherstellung, sondern in der Kombination mit der Biotechnologie, genauer gesagt mit Fermentationen durch Mikroorganismen. Einfacher gesagt: Die Forscherinnen und Forscher stellen aus dem klimasch\u00e4dlichen Abfallprodukt Kohlenstoffdioxid zun\u00e4chst einmal Methanol und Ameisens\u00e4ure her. Diese nutzen sie wiederum als “Futter” f\u00fcr Mikroorganismen, die daraus weitere Produkte produzieren. Ein Beispiel f\u00fcr ein solches Produkt sind organische S\u00e4uren, die als Bausteine f\u00fcr Polymere verwendet werden \u2013 man k\u00f6nnte auf diese Weise Kohlendioxid-basierten Kunststoff herstellen. Auch Aminos\u00e4uren lassen sich so produzieren, etwa als Nahrungserg\u00e4nzungs- oder Futtermittel.

Der neuartige Ansatz bietet zahlreiche Vorteile. \u00bbWir k\u00f6nnen g\u00e4nzlich neue Produkte realisieren, aber auch den Kohlendioxid-Fu\u00dfabdruck klassischer Produkte verbessern\u00ab, konkretisiert Fabarius. W\u00e4hrend konventionelle chemische Prozesse viel Energie und teilweise toxische L\u00f6sungsmittel ben\u00f6tigen, lassen sich die Produkte mit Mikroorganismen bei milderen und energieeffizienteren Bedingungen produzieren \u2013 schlie\u00dflich wachsen die Mikroben in umweltfreundlicheren w\u00e4ssrigen L\u00f6sungen.<\/p>\n\n\n\n

“Metabolic Engineering” macht es m\u00f6glich<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Dabei nutzt das Forscherteam nicht nur nativ-methylotrophe Bakterien \u2013 also solche, die von Natur aus Methanol verwerten \u2013, sondern auch Hefen, die eigentlich kein Methanol verstoffwechseln k\u00f6nnen. Auch behalten die Forscherinnen und Forscher stets im Blick, ob neue interessante Organismen entdeckt werden und \u00fcberpr\u00fcfen diese auf ihre Eignung als “Zellfabrik”. Doch wie stellen diese Mikroorganismen die Produkte eigentlich her? Und wie kann man beeinflussen, was sie produzieren? “Im Prinzip nutzen wir den Stoffwechsel des Mikroorganismus\u2018, um die Produktherstellung zu steuern”, erl\u00e4utert Fabarius. “Daf\u00fcr bringen wir Gene in die Mikroben ein, die den Bauplan f\u00fcr bestimmte Enzyme liefern \u2013 man spricht dabei auch von Metabolic Engineering.” Die Enzyme, die daraufhin im Mikroorganismus produziert werden, katalysieren wiederum die Herstellung eines bestimmten Produkts. Gene, die diese Produktion negativ beeinflussen k\u00f6nnten, schalten die Forscherinnen und Forscher hingegen gezielt aus. “Indem wir die eingeschleusten Gene variieren, k\u00f6nnen wir eine breite Palette an Produkten herstellen”, freut sich Fabarius.

Das Forscherteam arbeitet an der gesamten Herstellungskette: Angefangen bei den Mikroorganismen \u00fcber die Genver\u00e4nderungen bis hin zum Hochskalieren der Produktion. W\u00e4hrend einige Herstellungsprozesse noch im Laborstadium sind, werden andere Produkte bereits in ersten Bioreaktoren mit einem Fassungsverm\u00f6gen von zehn Litern hergestellt. Was die industrielle Anwendung solcher Prozesse angeht, so sieht Fabarius diese eher mittel- bis langfristig \u2013 zehn Jahre seien ein realistischer Zeithorizont. Doch: Der Handlungsdruck auf die Industrie, neue Prozesse zu etablieren, nimmt zu.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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