Endlich rentabler Biosprit?

Das Bakterium Zymomonas mobilis soll Ammoniumzufuhr überflüssig machen

11.02.2015 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Mikroskopische Aufnahme des Bakteriums Zymomonas mobilis. (Bildquelle: © Breah LaSarre, Indiana University)
Mikroskopische Aufnahme des Bakteriums Zymomonas mobilis. (Bildquelle: © Breah LaSarre, Indiana University)

Damit Biosprit aus nicht verzehrbaren Pflanzen rentabel wird, muss vor allem die Ammonium-Zufuhr wegfallen. Denn die ist teuer und umweltschädlich. Wissenschaftler haben nun eine besondere Fähigkeit eines Bakteriums entdeckt, das die Biosprit-Hersteller aus ihrer Misere retten könnte.

Biosprit aus Nahrungspflanzen herzustellen, ist Schnee von gestern. Zu groß ist der Widerstand aus der Bevölkerung, die Basis von Lebensmitteln für den Tank zu opfern. Doch die Alternative dazu hat ihre Tücken: Nicht essbare Pflanzen in Biosprit umzuwandeln, ist ein bisher wenig rentabler Prozess. Denn ein Großteil der pflanzlichen Biomasse besteht aus Lignin und Zellulose. Zu ihrem Schutz haben Pflanzen im Laufe der Evolution diese Strukturen entwickelt, die von Mikroorganismen nur schwer abbaubar sind.

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Anhand von vorverdautem Süßgras konnten Wissenschaftler zeigen, dass das Bakterium Zymomonas mobilis effektiv nicht verzehrbare Pflanzen zu Ethanol umwandeln kann, ohne dabei auf eine Ammonium-Zufuhr angewiesen zu sein.

Anhand von vorverdautem Süßgras konnten Wissenschaftler zeigen, dass das Bakterium Zymomonas mobilis effektiv nicht verzehrbare Pflanzen zu Ethanol umwandeln kann, ohne dabei auf eine Ammonium-Zufuhr angewiesen zu sein.

Quelle: © Miya.m/wikimedia.org; CC BY-SA 3.0

Bei der industriellen Biosprit-Gewinnung, sind sie ebenfalls schwer zu knacken. Hier muss die Biomasse zunächst mit Hitze und Säure vorbehandelt werden, damit die langkettigen und sehr stabilen Moleküle auseinanderbrechen. Dann befreien Enzyme die Zuckermoleküle aus dem Gewirr von Lignozellulose und schließlich beginnen Mikroorganismen mit der Fermentierung, der Umwandung von Zucker zu Alkohol. Doch die Vorbehandlung und die speziellen Enzyme sind teuer und daher ist der gesamte Prozess bisher unwirtschaftlich.

Teurer und umweltschädlicher Mikroben-Dünger

Zu dieser Misere gesellt sich ein weiteres Problem: Zellulosereiche Pflanzen sind arm an Stickstoff. Doch diesen brauchen die Biosprit-produzierenden Bakterien unbedingt zum Wachsen. So muss die Industrie bisher Unsummen investieren, um die Mikroben mit künstlich erzeugtem Ammonium zu versorgen, der quasi als Mikroben-Dünger dient – kein besonders rentables und umweltfreundliches Geschäft.

Stickstoff-fixierender Ethanolproduzent

Auf das Bakterium Zymomonas mobilis setzen Wissenschaftler nun große Hoffnungen. Schon seit geraumer Zeit gilt Zymomonas mobilis bei der Ethanol-Herstellung als ernst zu nehmender Rivale zur Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae. Denn das Bakterium kann ungenießbare Pflanzenteile drei- bis fünfmal schneller zu Alkohol umwandeln als die Bäckerhefe. Und anders als bisher angenommen, scheint Zymomonas mobilis noch eine weitere besondere Fähigkeit zu besitzen: Das Bakterium kann offenbar Stickstoff aus der Luft zu Ammonium umwandeln, ohne dabei weniger Ethanol zu produzieren, wie Wissenschaftler nun an vorverdautem Süßgras (Miscanthus) zeigen konnten.

Das Süßgras eignet sich gleich zweifach zur Herstellung von Biosprit: Es wächst schnell und an Orten, wo keine Nahrungsmittel angebaut werden können. Wenn Z. mobilis zur Biosprit-Gewinnung aus Süßgras eingesetzt werden könnte, könnte das sowohl die Kassen der Hersteller als auch die Umwelt enorm entlasten, da die Biosprit-Produzenten auf die teure und umweltbelastende Ammonium-Zufuhr verzichten könnten. Der Ansatz klingt vielversprechend, doch ob er wirklich im großindustriellen Maßstab nutzbar ist, müssen weitere Versuche erst noch zeigen.

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Das Bakterium Zymomonas mobilis könnte dafür sorgen, dass die Herstellung von Biokraftstoffen der zweiten Generation bald wirtschaftlich wird. Dann wären diese Kraftstoffe eine nachhaltige Alternative zum Erdöl.

Das Bakterium Zymomonas mobilis könnte dafür sorgen, dass die Herstellung von Biokraftstoffen der zweiten Generation bald wirtschaftlich wird. Dann wären diese Kraftstoffe eine nachhaltige Alternative zum Erdöl.

Quelle: © maho - fotolia.com

Alles nur heiße Luft?

Kritiker befürchten, dass für eine effektive Ethanol-Gewinnung durch Z. mobilis reiner Stickstoff zugeführt werden müsse. Das erhöhe zum einen das Kontaminationsrisiko bei der Produktion und treibe zum anderen die Kosten in die Höhe. Andere befürchten, der Nutzen der stickstofffixierenden Bakterien könnte sich relativieren, wenn zur Kultivierung der Gräser und anderer nicht verzehrbarer Pflanzen Stickstoff nötig sei.

Biosprit nur aus nicht verzehrbaren Pflanzen erwünscht

Wenn die Kraftstoffgewinnung in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion tritt, stößt das nicht überall auf Begeisterung. Skeptiker befürchten, dass die vermehrte Nachfrage nach Biokraftstoffen auch die Preise für Lebensmittel in die Höhe schnellen lassen könnte. Daher gewinnen die sogenannten Biokraftstoffe der zweiten Generation immer mehr an Bedeutung. Dabei werden nahezu alle nicht verzehrbaren Pflanzenteile - auch die schwer zugänglichen mit hohem Zelluloseanteil - verarbeitet. Gelingt die Umwandlung von organischen Abfällen wie Stroh oder Holzresten, entsteht außerdem ein Biokraftstoff mit positiver CO2-Bilanz.

Vor allem schnell wachsende Pflanzen wie Bambus in tropischen Bereichen, Weiden oder Pappeln von sogenannten Kurzumtriebsplantagen landwirtschaftlich nicht nutzbarer Flächen oder Gräser sind für die Herstellung von Biokraftstoffen der zweiten Generation interessant. Denn der Markt für Biosprit wächst ständig. Laut dem Bundesverband der Deutschen Bioethanolwirtschaft (BDBe) wurden im Jahr 2014 beträchtliche 726.881 Tonnen Bioethanol aus den nachwachsenden Rohstoffen Industrierüben und Futtergetreide produziert, dies sind 54.852 Tonnen bzw. 8,2 Prozent mehr als im Jahr 2013. Ein sehr geringer Anteil von 8.205 Tonnen entstand aus übrigen Pflanzenstoffen.

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