16 Juni 2011

Zukunftsaussichten: Treibhausgas CO2 sinnvoll nutzen

Biologische CO2-Bindung war Hauptthema der Konferenz "Vom Treibhausgas zum Wertstoff"

Rund hundert Experten kamen am 8. Juni 2011 nach Berlin, um über die Zukunft von Kohlendioxid als Ressource zu diskutieren. Auf der von der BIOCOM Projektmanagement GmbH bereits zum zweiten Mal organisierten Konferenz “Vom Treibhausgas zum Wertstoff” gab Hans-Christian Schaefer, Leiter des Referats Biotechnologie der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU), gleich zu Beginn das Motto vor: “Weg vom schlechten Image des CO2!” Denn ob als Biotreibstoff oder als Grundbaustein zum Aufbau komplexerer Kohlenstoffverbindungen, auf der Veranstaltung wurde eines deutlich: Schon heute bietet die Biotechnologie eine Reihe von Ansätzen, die zur Reduktion von CO2 betragen können. Bis zur effizienten Nutzung des Treibhausgases sind aber noch einige Hürden zu überwinden.

Die Klimaschutzziele der Bundesregierung sehen eine CO2-Einsparung von 40% bis zum Jahre 2020 vor. Ein ehrgeiziges Vorhaben für Industrienationen wie Deutschland. Schließlich wird täglich jede Menge Energie und Strom gebraucht: für den Kühlschrank, das Licht, den Computer, das Auto. Andererseits muss dringend verhindert werden, dass immer mehr klimaschädliches Treibhausgas in die Atmosphäre entweicht.

Biologische CO2-Bindung war daher das große Thema der gemeinsam mit der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) organisierten Konferenz, die im Spreespeicher in Berlin stattfand. Gleich zu Beginn wurde den etwa hundert Gästen von Ulrich Schurr deutlich gemacht, welch massiven Einfluss die biologische Bindung von CO2 auf die Atmosphäre in der Vergangenheit hatte und besonders, wie essentiell sie für die Bioökonomie der Zukunft sein wird. 450 Miliarden Tonnen CO2, also etwa 15 Prozent des Gesamt-CO2 in der Atmosphäre – so rechnete der Direktor des Instituts für Bio- und Geowissenschaften am Forschungszentrum Jülich vor – werden pro Jahr durch biologische Prozesse gebunden. Doch dieses quasi-Gleichgewicht sieht der Pflanzenexperte und Gründungsdirektor des erst jüngst gestarteten Forschungszentrums für Bioökonomie (mehr…) zunehmend gefährdet: “Die von uns verursachten Emissionen sorgen für eine immer stärkere Dysbalance zwischen Freisetzung und Fixierung von CO2.”

Aus CO2 wird Sauerstoff und Zucker
Über die wichtigste Methode bei der biologischen CO2-Fixierung waren sich die Experten alle einig: Photosynthese. Damit wandeln Pflanzen, Algen und bestimmte Mikroorganismen Kohlenstoffdioxid und Wasser in Sauerstoff und Zucker um. Verantwortlich dafür ist das Eiweiß Rubisco. Der wichtige Helfer bindet nicht nur das CO2 aus der Luft, sondern leitet auch dessen Umwandlung in Zucker und Sauerstoff ein. “Aber dies leider ineffektiv”, sagte Hartmut Grammel vom Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme aus Magdeburg. Der Grund dafür ist aus seiner Sicht klar: Rubisco ist zu beliebig bei der Wahl der Reaktionspartner, denn das Protein reagiert nicht nur mit CO2, sondern auch häufig mit Sauerstoff. Deshalb prüfen Forscher eine ganze Reihe von verschiedenen CO2-Fixierungswegen, alle haben ihre Vor- und Nachteile. Unterschiede liegen hier vor allem in der Notwendigkeit von Sauerstoff, der Ausbeute anfallender Nebenprodukte wie Lipid, sowie im Energieeintrag. Für eine effiziente Nutzung der Photosynthese gilt es jeden dieser Faktoren im Einzelnen zu optimieren – da ist sich die Wissenschaft einig.

Bioreaktoren kleiden Hausfassaden
In Berlin wurden indes einige Möglichkeiten vorgestellt, wie sich photosynthetische Prozesse einsetzen lassen – beispielsweise für die Energiegewinnung. Mit Photobioreaktoren verschiedener Form und Größe sollen möglichst optimale Bedingungen für die biologische Umwandlung von Kohlendioxid durch Algen oder Bakterien gewährleistet werden. Martin Mohr, Geschäftsführer der ecoduna produktions GmbH, stellte dazu seine neueste Photobioreaktorgeneration “Hanging Gardens” vor. Mit Algen in vertikal angeordneten Flachplattenreaktoren will Mohr die Photosynthese industrialisieren. Die Reaktoren richten sich automatisch – mithilfe eines sparsamen Elektromotors – in einem bestimmten Winkel zur Sonne aus. “Dies gewährleistet, dass weder zu viel noch zu wenig Licht die Algen bei der Umsetzung von CO2 hemmt”, so Mohr. Entscheidend für die Reaktion sei nämlich weniger die Intensität der Sonne, sondern vielmehr, wie lange die Sonne scheint. Hier schneidet Deutschland wegen einer geringen Sonnenscheindauer, zu vieler Wolken und zu langer Winter schlecht ab. Potential sieht Mohr daher in Wüstenregionen.

Dagegen argumentierte Martin Kerner, Geschäftsführer der SSC Strategic Science Consult, ganz anders: Mit seinen Mikroalgen, die in Bioreaktorfassaden in Häusern verbaut werden sollen, will er hundert Prozent der Sonnenintensität nutzen. Der positive Nebeneffekt: Der Wärmebedarf eines Hauses wird auch noch gedeckt. Mit turbulenten Strömungen innerhalb der Reaktoren soll verhindert werden, dass zu hohe Temperaturen die Photosynthesearbeit der Algen hemmt. Kerner schweben so Häuser vor, die mehr Energie erzeugen, als sie verbrauchen – sogenannte Plus-Energie-Häuser. Dabei stellte er auch eine Reihe architektonischer Konzepte vor, um im Stadtbild Akzente zu setzen.

Rauchgas: Futter für Bakterien
Algen sind aber längst auch bei großen Energieversorgern wie RWE ein Thema. Die neuen Technologien sollen helfen, den CO2-Ausstoß von Kohlekraftwerken zu reduzieren. Seit 2009 kooperiert RWE aber auch mit Biotechnologen der Firma Brain (mehr…). Im Fokus dieser Kooperation stehen aber nicht Algen, sondern Mikroorganismen. Jürgen Eck, technischer Leiter und Vorstand der Brain AG, will die Mikroben als CO2-Wandler nutzen. An Kohlendioxid mangelt es bei RWE nämlich nicht: Es steckt in rauen Mengen im Rauchgas, das bei Verbrennungsprozessen im Kohlekraftwerk entsteht. Aus der Sicht der Biotechnologen bei Brain vereinfacht das die Nutzung des Treibhausgases enorm, da der CO2-Gehalt in der Atmosphäre oft nicht für eine effektive Umsetzung ausreicht. Ineffizient, wegen hoher Transport- und Energiekosten, ist meist auch der Antransport des Gases an den Ort der Reaktion. Die Bioreaktoren von Brain stehen deshalb in direkter Nachbarschaft zur Rauchgasentwicklung.

In Berlin berichtete Eck, wie mithilfe optimierter Mikroben dort aus Rauchgas Biomasse entsteht, die zu industriell nutzbaren Produkten wie neuen Biomaterialien, Bio-Kunststoffen und chemischen Zwischenprodukten verarbeitet wird. Viele bislang unbekannte Mikroorganismen haben Eck und sein Team aus den Rauchgasanlagen des Energieriesen bereits isoliert. Auf diese Weise, so die Hoffnung der Forscher, ließen sich noch effizientere CO2-Stoffwechselwege entdecken und nutzen. Zuviel dürfe man aber nicht verlangen, schränkte Walter Trösch vom Fraunhofer Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) in Stuttgart ein. Auch die Klimaproblematik lasse sich durch die stoffliche Nutzung von CO2 nicht lösen, betonte Trösch.

Auch beim Konzern Evonik Degussa steht Reduktion und Nutzung von CO2 auf der Agenda. In diesem Zusammenhang stellte Projektmanagerin Katina Kiep das Science to Business Centre “ECO2 ” vor. Das ausgerufene Ziel des Chemiekonzerns: Ökonomie und Ökologie fest zu verbinden. 338 Milionen Euro hat das Unternehmen auf diesem Weg im letzten Jahr in Forschung und Entwicklung investiert. Damit Wissenschaft valide in die Industrie übergeht, soll eine interne Evaluierung der Forschung dabei helfen die richtigen Ansätze zu erkennen und umzusetzen. “Wichtigster Parameter bei unserer Bewertung einzelner Forschungsprozesse und Produkten ist der CO2-Fußabdruck”, so Kiep.

Die Motoren sind die Kunden
Grundsätzlich uneinig waren sich die Experten beim Thema Biotreibstoff. Dirk Radzinski, Geschäftsführer der Firma Algenol Biofuels Switzerland GmbH, berichtete über Cyanobakterien aus Berliner Laboren der Tochterfirma Cyano Biofuels. Aus ihnen hatten die Wissenschaftler besonders ergiebige Ethanol-Fabriken gemacht (mehr…). Die grün schimmernden Cyanobakterien betreiben Photosynthese und verwandeln Sonnenlicht und Kohlendioxid in energiereiche Zucker. Diese können in einem nächsten Schritt zu Ethanol verarbeitet werden.

Die besten Produktionsstämme aus Berlin befinden sich nun zum Praxistest in einer Pilotanlage in Texas. Dort wird in riesigen, zeltförmigen Tanks aus transparenter Folie die Blaualgenbrühe kultiviert und zu Bioethanol umgesetzt. Der Vertreter der Mineralölunternehmen, Ralf Stöckel von TOTAL Deutschland, warnte hingegen vor zuviel europäischem Forschungsengagement, was biogene Krafstoffkomponenten im Benzinsektor betrifft. Aus der Sicht der Großen sei dies ein überschüssiger Markt, dessen Pool nicht weiter vergrößert werden sollte. Deutlich mehr gefragt bei TOTAL sind biogene Komponenten im Mitteldestillatsegment – also für Kerosin, Diesel oder Heizöl. “Nicht Sie sind unsere Kunden, sondern die Motoren”, so Stöckel.

Am Ende der Konferenz stand fest: Der beste Weg zur biologischen Nutzung von CO2 steht noch nicht fest. Das sah auch Wiltrud Treffenfeldt von Dow AgroSciences so: “Ich habe heute interessante Ansätze gehört und einen sehr guten Überblick gewonnen. Doch die noch wenigen aussagekräftigen Daten und ungeklärten technischen Hürden werfen bei mir noch viele Fragen auf.” Ob die biotechnologische Forschung in der Lage ist, das schlechte Image des Treibhausgases zu rehabilitieren, das werden erst die kommenden Jahre zeigen.

Source: biotechnologie.de, 2011-06-16.

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