Chemiker nutzen Kohlenstoff zur Rohstoffgewinnung

Fraunhofer-Forscher wollen das schädliche Klimagas als Quelle von Rohstoffen für die Kunststoffherstellung verwenden. Erste Versuche sind vielversprechend. Kommt die Wissenschaft damit der Lösung des Klimaproblems näher?

Labor-Ausstrich zur Isolierung von Bakterienkolonien Wird CO2 künftig zum wertvollen Rohstoff? (Foto: Fraunhofer IGB)

Seit dem Beginn der Industrialisierung und der damit verbundenen Nutzung fossiler Energiequellen wie Kohle, Erdgas oder -öl hat sich die Kohlenstoff-Konzentration in der Atmosphäre fast um die Hälfte erhöht. Lag sie Mitte des 19. Jahrhunderts noch bei 280 Anteilen pro Million (parts per million/ppm), so liegt sie heute bei 400 ppm. Der erhöhte CO2-Anteil gilt unter Wissenschaftlern als – kaum bestrittene – Ursache der aktuellen Klimakatastrophe. Seit Anfang des Jahres werden die Kohlendioxid-Emissionen deshalb bepreist. Unternehmen müssen ihre Emissionen bezahlen. Wie lassen sich die Lasten durch die C02-Abgaben senken? Kann man den Ausstoß durch biochemische Verfahren vermindern?

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Am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB im oberbayerischen Straubing entwickeln Forscher zusammen mit weiteren Fraunhofer-Instituten dazu neue Ansätze. “Wir nutzen das Kohlenstoffdioxid als Rohstoffquelle”, sagt Jonathan Fabarius, Themenfeldleiter für die Mikrobielle Katalyse am Fraunhofer IGB. Dazu setzen die Wissenschaftler das Kohlendioxid mit einem Katalysator zu Methanol um. Ebenso nutzen sie die Elektrochemie, mit der sie aus dem Kohlendioxid Ameisensäure produzieren. In einem weiteren Schritt fermentieren manipulierte Mikroorganismen das Methanol und die Ameisensäure zu organischen Säuren. Diese könnten dann als Bausteine für die Kunststoffherstellung auf Polymerbasis oder für die Futter- und Nahrungsmittelproduktion auf Grundlage von Aminosäuren genutzt werden.

Manipulierte Bakterien produzieren breites Produktportfolio

Das neue Verfahren bietet reichlich Alternativen. “Wir können gänzlich neue Produkte realisieren, aber auch den Kohlendioxid-Fußabdruck klassischer Produkte verbessern”, erläutert Fabarius. Herkömmliche chemische Verfahren benötigen viel Energie und oft giftige Lösungen. Mit Mikroorganismen lassen sich Produkte dagegen unter milderen Bedingungen und mit weniger Energie herstellen.

Das Fraunhofer-Team nutzt dabei nicht nur Bakterien, die von Natur aus Methanol verwerten. Auch Hefen, die eigentlich kein Methanol verwerten, werden eingesetzt. “Im Prinzip nutzen wir den Stoffwechsel des Mikroorganismus‘, um die Produktherstellung zu steuern”, erklärt Fabarius. “Dafür bringen wir Gene in die Mikroben ein, die den Bauplan für bestimmte Enzyme liefern.” Die Enzyme, die dadurch im Mikroorganismus entstehen, katalysieren wiederum die Herstellung eines bestimmten Produkts. Gene, die sich auf diese Produktion negativ auswirken könnten, werden gezielt ausgeschaltet. “Indem wir die eingeschleusten Gene variieren, können wir eine breite Palette an Produkten herstellen”, sagt Fabarius.

Besser als CO2-Speicherung in Kavernen

Die Marktreife dieser Prozesse erwartet der Forscher in etwa zehn Jahren. Der Handlungsdruck auf die Industrie, neue Wege zur CO2-Redzierung zu suchen, nimmt allerdings zu. Neben der Verminderung des CO2-Ausstosses durch Vermeidung von Verbrennungsprozessen, wie beim Ersatz von thermisch angetriebenen Autos durch elektrisch bewegte Fahrzeuge, wird inzwischen zunehmend über die Entnahme des Klimagases aus der Atmosphäre als ein Weg zur Klimaneutralität diskutiert. Die Entnahme mit anschließender Speicherung in unterirdischen Kavernen oder in absorbierenden Gesteinen oder Flüssigkeiten steht jedoch als fragile Zwischenlösung in der Kritik. Bei der Verarbeitung zu Rohstoffen hingegen würde dieses Argument hinfällig, da der Kohlenstoff langfristig gebunden wäre.

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