Wer Biodiesel aus brasilianischem Rapsöl oder Bioethanol aus Schweizer Kartoffeln tankt, tut dem Klima nichts Gutes. Bei ihrer Herstellung entstehen fast genauso viel Treibhausgase, wie die Verbrennung fossiler Brennstoffe im Automotor erzeugt, so eine Studie der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa von letztem Mai. Bioethanol aus Zuckerrüben schneidet dagegen deutlich besser ab. Als besonders günstig erwies es sich, Biomasse-Abfälle zu verwerten: Stroh, Grünzeug, Stängel und Zweige. Genau das hat Eckhard Boles von der Goethe-Universität Frankfurt vor. Mit gentechnisch veränderten Turbohefen.
"Es bleibt von den Abfällen heutzutage viel liegen, was gar nicht verwertet werden kann. Da bietet sich ein ganz enormes Potenzial an, daraus Biosprit zu machen. Das Problem ist, dass zunächst einmal die Biomasse zerkleinert und verzuckert werden muss."
Das scheitert noch an der stabilen Struktur der Zellulose, die den Pflanzen ihre Festigkeit verleiht. Obwohl sie aus Zuckermolekülen aufgebaut ist, lässt sie sich nur schwer spalten. Es gelingt zwar mit thermochemischen Methoden. Doch übrig bleiben Zuckerarten, die Gärhefen bisher nicht verdauen können. Boles:
"Die Hefe ist halt nur in der Lage, hauptsächlich den Traubenzucker zu vergären, also die Glukose, aber nicht eine Reihe von anderen Zuckern, zum Beispiel die C5-Zucker, also Pentosen. Die kann die Hefe nicht vergären und damit würden bis zu 30 Prozent der Biomasse liegen bleiben und nicht genutzt werden können."
Zum Glück für die Forscher besitzen einige Bakterien diese Fähigkeit. Sie produzieren Enzyme, die C5-Zucker verarbeiten. Aber leider nicht zu Ethanol. Die entsprechenden Gene vom Bakterium auf die Ethanol produzierende Hefe zu übertragen, führte nicht zu dem anvisierten Erfolg. Der Arbeitsgruppenleiter vom Institut für Molekulare Biowissenschaften nutzte deshalb eine andere Methode. Er betätigte sich als Übersetzer. Die Gene im bakteriellen Erbmaterial enthalten zwar den Bauplan für die richtigen Enzyme, doch die Hefen können ihn nur schlecht verstehen. Der genetische Code ist zwar im Prinzip universell, in der Natur existieren jedoch verschiedene Dialekte. Boles:
"Wir haben am Computer praktisch diese bakteriellen Gene übersetzt in die Variante, die die Hefe bevorzugt. Und dann, das waren dann synthetische Gene, die wir am Computer entwickelt haben, haben wir diese synthetischen Gene von einer Firma synthetisieren lassen, das geht heutzutage. Und diese neuen Gene haben wir dann in die Hefen eingepflanzt. Und da zeigten sich enorme Verbesserungen."
Die Hefen mit den synthetischen Genen vergären auch die C5-Zucker fast vollständig zu Ethanol. Aus der gleichen Menge Pflanzenabfälle erhalten die Wissenschaftler ein Viertel mehr Biosprit als vorher. Jetzt hat Eckhard Boles eine Firma ausgegründet, um den Prozess auf großtechnisch nutzbare Industriehefen zu übertragen. Am Schluss wird der Preis darüber entscheiden, ob sich die Methode durchsetzt. Zurzeit rechnet er mit 60 Cent pro Liter Zellulose-Ethanol aus Biomasse-Abfall. Damit läge er bereits unter dem, was mit konkurrierenden Methoden wie BTL erreicht werden kann. Sein Ziel sind weniger als 20 Cent. Soviel kostet heute Biosprit aus brasilianischem Rohrzucker. Davor dass die gentechnischen Hefen im Tank landen, muss man keine Angst haben, so Eckhard Boles.
"Die Fermentation findet in geschlossenen Fermentern statt. Die Hefen werden nachher abgetötet, von daher sehen wir da keine Probleme bezüglich dieser gentechnischen Veränderungen."
Er blickt bereits weiter in die Zukunft. Seine Methode eignet sich auch für Hefen, die Zellulose zum Beispiel zum noch edleren Treibstoff Butanol und zu Ausgangstoffen für Biokunststoffe vergären.
"Es bleibt von den Abfällen heutzutage viel liegen, was gar nicht verwertet werden kann. Da bietet sich ein ganz enormes Potenzial an, daraus Biosprit zu machen. Das Problem ist, dass zunächst einmal die Biomasse zerkleinert und verzuckert werden muss."
Das scheitert noch an der stabilen Struktur der Zellulose, die den Pflanzen ihre Festigkeit verleiht. Obwohl sie aus Zuckermolekülen aufgebaut ist, lässt sie sich nur schwer spalten. Es gelingt zwar mit thermochemischen Methoden. Doch übrig bleiben Zuckerarten, die Gärhefen bisher nicht verdauen können. Boles:
"Die Hefe ist halt nur in der Lage, hauptsächlich den Traubenzucker zu vergären, also die Glukose, aber nicht eine Reihe von anderen Zuckern, zum Beispiel die C5-Zucker, also Pentosen. Die kann die Hefe nicht vergären und damit würden bis zu 30 Prozent der Biomasse liegen bleiben und nicht genutzt werden können."
Zum Glück für die Forscher besitzen einige Bakterien diese Fähigkeit. Sie produzieren Enzyme, die C5-Zucker verarbeiten. Aber leider nicht zu Ethanol. Die entsprechenden Gene vom Bakterium auf die Ethanol produzierende Hefe zu übertragen, führte nicht zu dem anvisierten Erfolg. Der Arbeitsgruppenleiter vom Institut für Molekulare Biowissenschaften nutzte deshalb eine andere Methode. Er betätigte sich als Übersetzer. Die Gene im bakteriellen Erbmaterial enthalten zwar den Bauplan für die richtigen Enzyme, doch die Hefen können ihn nur schlecht verstehen. Der genetische Code ist zwar im Prinzip universell, in der Natur existieren jedoch verschiedene Dialekte. Boles:
"Wir haben am Computer praktisch diese bakteriellen Gene übersetzt in die Variante, die die Hefe bevorzugt. Und dann, das waren dann synthetische Gene, die wir am Computer entwickelt haben, haben wir diese synthetischen Gene von einer Firma synthetisieren lassen, das geht heutzutage. Und diese neuen Gene haben wir dann in die Hefen eingepflanzt. Und da zeigten sich enorme Verbesserungen."
Die Hefen mit den synthetischen Genen vergären auch die C5-Zucker fast vollständig zu Ethanol. Aus der gleichen Menge Pflanzenabfälle erhalten die Wissenschaftler ein Viertel mehr Biosprit als vorher. Jetzt hat Eckhard Boles eine Firma ausgegründet, um den Prozess auf großtechnisch nutzbare Industriehefen zu übertragen. Am Schluss wird der Preis darüber entscheiden, ob sich die Methode durchsetzt. Zurzeit rechnet er mit 60 Cent pro Liter Zellulose-Ethanol aus Biomasse-Abfall. Damit läge er bereits unter dem, was mit konkurrierenden Methoden wie BTL erreicht werden kann. Sein Ziel sind weniger als 20 Cent. Soviel kostet heute Biosprit aus brasilianischem Rohrzucker. Davor dass die gentechnischen Hefen im Tank landen, muss man keine Angst haben, so Eckhard Boles.
"Die Fermentation findet in geschlossenen Fermentern statt. Die Hefen werden nachher abgetötet, von daher sehen wir da keine Probleme bezüglich dieser gentechnischen Veränderungen."
Er blickt bereits weiter in die Zukunft. Seine Methode eignet sich auch für Hefen, die Zellulose zum Beispiel zum noch edleren Treibstoff Butanol und zu Ausgangstoffen für Biokunststoffe vergären.