Donnerstag, 14.11.2019
 
Seit 15:05 Uhr Corso - Kunst & Pop
StartseiteForschung aktuellBakterien verwandeln CO2 in Essigsäure18.08.2014

BioverfahrenstechnikBakterien verwandeln CO2 in Essigsäure

Über kurz oder lang bekommt die Chemieindustrie ein Problem: Ihr wichtigster Rohstoff, das Erdöl, geht zur Neige. Forscher suchen daher nach alternativen Rohstoffquellen. Eine davon ist das Treibhausgas Kohlendioxid. Bakterien stellen daraus etwas Nützliches her - noch nicht in der Industrie, aber im Labor.

Von Hellmuth Nordwig

Graue und rote Druckgasflaschen, dünne Stahlleitungen, Messgeräte und in der Mitte ein geschlossener Glastopf, in dem eine hellbraune Brühe verquirlt wird: So sieht ein Reaktor bei den Bioverfahrenstechnikern an der TU München aus. Institutsleiter Dirk Weuster-Botz zeigt auf das Glasgefäß, das Herzstück der Anlage:

"Da ist ein Liter Flüssigkeitsvolumen drin. In diesem Fall ist es so, dass wir über eine Gas-Mischstation mit diesen verschiedenen Gasleitungen und Ventilen Gase miteinander mischen und ganz exakt deren Konzentrationen einstellen. Im Reaktor wird durch ein Rührorgan die Gasphase ganz fein verteilt. Man sieht die Trübung der Flüssigkeit. Da befinden sich extrem sauerstoffempfindliche anaerobe Bakterien, die diese Gase umsetzen."

Nämlich Kohlendioxid - es kommt aus der grauen Flasche - und Wasserstoff aus dem roten Druckbehälter. Die Apparatur ist hermetisch dicht: Wasserstoff darf nicht hinaus, und ebensowenig darf Luft in die Anlage eindringen. Denn erstens bekommt Sauerstoff den anaeroben Bakterien nicht, und zweitens:

"Könnte es zur sogenannten Knallgasexplosion kommen. Und um das zu verhindern, muss man ganz viel Sicherheitstechnik hier installieren. Wir haben das Konzept, dass in diesem Raum, wo die Umsetzungen stattfinden ganz viele Sensoren angebracht sind zur Messung der Wasserstoffkonzentration. Und falls da Grenzwerte überschritten werden, die noch völlig ungefährlich sind, wird die Gaszufuhr automatisch abgeschaltet, sodass kein weiteres Gas mehr freigesetzt wird. Somit haben wir die Genehmigung erhalten, hier bis zum Ein- bis Zweilitermaßstab mit diesen gefährlichen Gasen arbeiten zu können."

Alternative Rohstoffquelle für die Chemieindustrie 

Viel Aufwand für ein Verfahren, das dazu beitragen soll, eine alternative Rohstoffquelle für die Chemieindustrie zu erschließen, nämlich Kohlendioxid statt Erdöl. Das Treibhausgas fällt in großen Mengen im Abgasstrom von Kraftwerken an. Auch Wasserstoff steht in der Industrie reichlich zur Verfügung. Die Mikroorganismen der Gattung Acetobacterium stellen aus diesen beiden Gasen Essigsäure her.

"Die Essigsäure ist ein ganz einfaches Molekül, besteht aus zwei Kohlenstoffatomen und ist ein Grundbaustein, der in der chemischen Industrie ganz breite Anwendung findet. Lösemittel, Kunststoffe, Klebstoffe - also letztendlich eine breite Palette von unterschiedlichsten Chemikalien."

Dirk Weuster-Botz und seine Mitarbeiter haben systematisch ausprobiert, unter welchen Bedingungen die Bakterien möglichst viel Essigsäure herstellen. Bei erhöhtem Druck und in alkalischer Umgebung sind es mittlerweile mehr als 50 Gramm pro Liter. Das ist zwar für ein biotechnologisches Verfahren eine ansehnliche Menge, doch noch nicht so viel, dass die Industrie sofort ihre Prozesse umstellen würde. Wirtschaftlich noch interessanter sind allerdings Säuren mit mehr als zwei Kohlenstoffatomen.

"Und diese können diese Mikroorganismen selbst nicht herstellen. Dazu fehlen ihnen einfach bestimmte Enzyme, Biokatalysatoren. Und diese kann man - so ist es das Ziel in vielen Arbeitsgruppen und Forschungsinstituten weltweit - versuchen, in diese Organismen hineinzubringen, damit sie unnatürliche Produkte machen ausgehend von diesen Gaskomponenten Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff."

Die Gentechnik soll also das Repertoire der Bakterien auf noch wertvollere Säuren erweitern. Ein paar Jahre, so schätzt Dirk Weuster-Botz, wird es noch dauern, bis die ersten davon in der Industrie mithilfe von Bakterien und nicht mehr aus Erdöl hergestellt werden.

Das könnte sie auch interessieren

Entdecken Sie den Deutschlandfunk