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Neuer Weg zum Ersatz von Stärke für die Biotechnologie durch Photosynthese gefunden

12.04.2019

Institut für Biologie

Zukünftiges Design der Neuen Grünen Chemie. In den plattenförmigen Photobioreaktoren wird von den Algen Glykolat ausgeschieden, diese Flüssigkeit fließt in traditionelle Fermenter, wo das Glykolat zu den gewünschten Produkten umgesetzt wird.

Wissenschaftlern der Universität Leipzig ist ein wichtiger Schritt in der grünen Biotechnologie gelungen. Die Forscher unter der Leitung von Prof. Dr. Christian Wilhelm vom Institut für Biologie fanden einen neuen, eleganten Weg, um einen Stärkeersatz für die Biotechnologie mit Hilfe der Photosynthese zu gewinnen, ohne dabei Biomasse bilden zu müssen.

Die Bioenergie ist zwar klimafreundlich, aber wenig effizient. Das gleiche gilt für die Biotechnologie, die auf Pflanzen als Rohstoff zurückgreift. „Da Stärke aus Kulturpflanzen wie Kartoffeln, Mais oder Getreide gewonnen wird, gibt es den Konflikt zwischen Teller und Tank. Wenn man aus Stärke Kunststoffe oder Energieträger herstellt, greift man notwendigerweise auf Nahrungsquellen zurück. Angesichts der Ernährungsunsicherheiten hat eine stärke-basierte Biotechnologie keine nachhaltige Zukunft“, erklärt Wilhelm. Er und seine Kollegen behandelten deshalb Algen so, dass sie keine Biomasse bilden, aber den organischen Kohlenstoff in die Nährlösung als Glykolsäure ausscheiden. Diese kann vielfältig verwendet werden, etwa zur Herstellung von flüssigen oder gasförmigen Energieträgern oder von Kunststoffen.

Bei dem von den Biologen angestoßenen Prozess wurden so hohe Konzentrationen erreicht, dass die Nährlösung direkt als Glukoseersatz verwendet werden kann. Weder Aufreinigung, noch ein aufwändiges Nährstoff-Recycling sind nötig, da die Nährsalze im Kreis geführt werden können. Der Prozess ist deutlich flächeneffizienter, robust, verbraucht keinen Dünger und kann in ökologische Landschaftskonzepte integriert werden. 

„Wenn keine Biomasse gebildet wird, braucht man keinen Dünger, also Stickstoff, Phosphat oder Kalium. Das spart Energie und schont die Umwelt. Ohne Biomassebildung gewinnt man pro Fläche deutlich mehr organischen Kohlenstoff, da die Zellen keine Energie für die Umwandlung von Zucker in energiereiche Moleküle wie Proteine und Fette aufwenden müssen. Damit steigt die Effizienz“, sagt der Biologe. Die Forscher haben erstmals gezeigt, dass die Herstellung von Glykolsäure mit hoher Effizienz kontinuierlich möglich ist. „Damit ist der entscheidende Schritt zur technischen Umsetzung getan, um beispielsweise eine Demonstrationsanlage zu konstruieren und im Realbetrieb zu testen“, erläutert Wilhelm. Das wiederum ist Grundlage für eine neue Technologie, die der zentrale Baustein für ein Transformationskonzept in ehemaligen Braunkohletagebauen sein könnte, um auf  Rekultivierungsflächen ein integriertes ökologisch-biotechnologisches Gesamtkonzept umzusetzen.

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