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Kraftstoff aus Stroh und Holz
Gentechnisch veränderter Hefestamm schließt organische Masse auf
Pressemitteilung vom 13.10.2005


Pflanzen sind voller Energie. In ihnen steckt die durch die Photosynthese gebändigte Kraft des Sonnenlichts. Jedesmal, wenn die Treibstoffpreise hochschnellen, gerät das pflanzliche Material wieder ins Blickfeld der Industriegesellschaft.
Die Herstellung von Bioethanol als Benzinzusatz treibt von der biologischen Seite her eine Forschergruppe unter der Leitung von Eckhard Boles vom Institut für Mikrobiologie der Universität Frankfurt am Main voran. Seine Arbeitsgruppe hat in enger Zusammenarbeit mit Bärbel Hahn-Hägerdal an der Universität Lund (Schweden) einen vielversprechenden Hefestamm entwickelt. Dieser kann auch jene Bestandteile pflanzlichen Materials zu Ethanol vergären, die sich bislang einer solchen Verwertung praktisch entzogen haben.

Die störrische Biomasse
Die Biomasse ist störrisch, wenn man ihr die Energie anders entziehen will als durch bloßes Verheizen im Ofen. Eine der Strategien, Biomasse in Kraftstoff für Ottomotoren zu verwandeln, ist die Gewinnung von Bioalkohol. Dabei wird dem Ethanol allgemein eine bessere Tauglichkeit zugeschrieben als dem Methanol.
Für die Herstellung von Bioethanol als Treibstoff setzt man üblicherweise auf pflanzliches Material mit hohem Zucker- oder Stärkegehalt, etwa auf Zuckerrüben und Getreide. Der Bioalkohol stammt in diesen Fällen also letztlich vom Acker. Zunehmend richtet sich das Interesse aber auch auf Material, das nicht eigens vom Landwirt erzeugt wird und bei dem es sich nicht um Nahrungsmittel handelt. Es geht dabei um Rohstoffe wie Stroh, Äste, Holz, Altpapier, Kartonagen und häuslichen Bioabfall. Solches als Lignozellulose bezeichnetes Material enthält neben Zellulose einen beträchtlichen Anteil sogenannter Hemizellulose. Diese ist nicht nur aus Hexosen aufgebaut, sondern auch aus Pentosen, Zuckerarten mit fünf Kohlenstoffatomen.

Bäckerhefe kann nunmehr Xylose vergären
Die Mikrobiologen aus Frankfurt und Lund haben daher nach einer Möglichkeit gesucht, die Hefe beim Stoffwechsel genetisch aufzurüsten. Fündig wurden sie bei einer anderen Hefeart (Pichia stipitis). Diese verfügt über Enzyme, die für die mehrstufige Umsetzung von Xylose erforderlich sind. Sie selbst wandelt die Xylose jedoch nicht in Ethanol um. Die Gene für zwei dieser Enzyme übertrug man auf die Bäckerhefe und sorgte zudem dafür, daß deren eigene Enzyme in größerer Menge gebildet werden. Tatsächlich vermochte die veränderte Bäckerhefe nunmehr Xylose zu vergären. Auf ähnliche Weise kann man der Bäckerhefe auch die Fähigkeit zur Verwertung von Arabinose verleihen, wie Boles herausgefunden hat.
Dazu wird in der Hefe ein bakterieller Stoffwechselweg etabliert, indem man sie mit einem Gen aus Bacillus subtilis und zwei Genen aus Kolibakterien ausstattet. Prinzipiell könnte man anstelle der Hefe zwar gleich Bakterien zur Ethanolgewinnung aus Pentosen nutzen. Aber hierbei türmen sich andere Hürden auf. Bakterien reagieren zum Beispiel empfindlich auf verschiedene Hemmstoffe, die bei der Umsetzung des Pflanzenmaterials freigesetzt werden, darunter Phenole und Aldehyde. Auch die Säure, die zum Zersetzen der Hemizellulose hinzugefügt wird, bekommt den Bakterien schlecht. Der Hefe macht die Säure indessen nichts aus - andernfalls gäbe es auch keinen Wein.

Gentechnik nicht von vorneherein verteufeln
Mit je einem Hefestamm für die Verwertung von Xylose und einem für die Verwertung von Arabinose wollten sich die Forscher indes nicht zufriedengeben. Unter den Bedingungen im Bioreaktor könnte einer der Stämme schnell die Oberhand gewinnen, was sich nachteilig auf die Ausbeute an Ethanol auswirken würde. Daher haben die Forscher versucht, die beiden Stoffwechselwege in ein und demselben Hefestamm zu integrieren. Kürzlich ist ihnen das tatsächlich gelungen. Die mit fünf fremden Genen - drei stammen aus Bakterien und zwei aus Pichia stipitis - und drei optimierten eigenen Genen ausgerüstete Hefe ist ein Multitalent. Sie erzeugt Alkohol nicht nur aus Hexosen, wie das bei der Bäckerhefe üblich ist, sondern auch aus Xylose und Arabinose. Der Wirkungsgrad von etwa 30 bis 40 Prozent bei der Produktion von Ethanol aus Pentosen ist nach Überzeugung von Boles noch steigerungsfähig. Nicht vergären läßt sich das Lignin, ein weiterer Bestandteil der Lignozellulose. Dieser beim Erzeugen von Bioethanol übrigbleibende "Holzstoff" kann aber verbrannt werden und dabei einen Teil der Wärme liefern, die zum Destillieren des Alkohols und zum Heizen des Bioreaktors beim Zerlegen der Hemizellulose benötigt wird.

Brüssel will Bioethanolerzeugung aus Lignozellulose fördern
Während in Amerika die Möglichkeiten der industriellen Ethanolerzeugung aus Lignozellulose intensiv erforscht werden, beachten Firmen in Europa und speziell Deutschland das Verfahren nach Überzeugung von Boles noch zuwenig. Die für europäische Forschungsförderung zuständigen Stellen in Brüssel scheinen mehr Zutrauen zu haben. Gerade ist ein Projekt angelaufen, bei dem zwanzig Forschergruppen, darunter die um Boles, das Potential der Ethanolerzeugung aus Lignozellulose weiter ausloten werden.

Bioethanol
Während Pflanzenöl und Biodiesel für Dieselmotoren geeignet sind, kann Bioethanol Ottokraftstoffe, also Benzin und Superkraftstoffe, ersetzen. In Deutschland wird Bioethanol mit der Inbetriebnahme der ersten großen Ethanolfabriken zurzeit in den Kraftstoffmarkt eingeführt. Zulässig ist eine 5-prozentige Beimischung zu Ottokraftstoffen. Ethyl-Tertiär-Butyl-Ether (ETBE) ist eine Verbindung aus biogenem Ethanol und aus Erdöl hergestelltem Isobuten. ETBE kann das fossile Antiklopfmittel Methyl-t-Butyl-Ether (MTBE) ersetzen und Ottokraftstoffen bis zu 15% beigemischt werden. Flexible-Fuels-Vehicles (FFV) sind Fahrzeuge, die mit Kraftstoffmischungen mit einem Anteil von bis zu 85% Ethanol (E 85) betrieben werden können. Im Auftrag des Verbraucherschutzministeriums startet derzeit ein Modellprojekt mit Flottenbetreibern. Serienfahrzeuge, die mit reinem Ethanol (E 100) fahren, werden hierzulande (noch) nicht angeboten.

Holz von Pappeln und Weiden sowie Stroh ersetzen Raps
"Biomass to liquid" (BTL) ist ein neuer pflanzlicher Kraftstoff, der für die Umwelt besser als Bio-Diesel sein soll. Zudem ist er für einen neuartigen Motor geeignet: den „Diesotto“, der die Vorteile von Benzin- und Dieselmotor in sich vereint. Mercedes und Volkswagen arbeiten derzeit an diesem Motor. Beim Biokraftstoff BTL wird die Biomasse durch thermochemische Vergasung zersetzt, das entstehende Synthesegas gereinigt und zum Sprit verflüssigt. So ließen sich 40 Prozent des Bedarfs decken. Das große Spektrum der voll einsetzbaren Stoffe reicht von angebauten Energiepflanzen über schnell wachsendes Holz wie von Pappeln und Weiden bis hin zu Reststoffen wie Stroh, Restholz und Bioabfällen. Der BTL-Sprit kann ohne Veränderung der Motoren und der Tankstellen-Anlagen dem herkömmlichen Kraftstoff beigemischt werden.

Millionen-Beträge für die neue BTL-Technologie
Erst später rechnen Fachleute mit einem 100-Prozent-Einsatz. Heutiger Biodiesel - meist auf Rapsbasis -, der wie Bioethanol - aus Zucker, Getreide, Kartoffeln - eher als Übergangslösung im Spritbereich angesehen wird, ist auch in seinem Beimischungsanteil steuerfrei. Die Befreiungsregelung, die bis 2009 befristet ist, würde auch für den BTL-Sprit gelten. Aus dem Bundesagraretat fließen jetzt erste Millionen-Beträge für die neue BTL-Technologie.

Pro Hektar Fläche wenigstens 3300 Liter BTL-Treibstoff
Die Bundesregierung schätzt, dass bei Ausnutzung aller Reserven 8,5 Prozent des gesamten Primärenergieverbrauchs technisch durch Biomasse-Verfahren zu decken sind. Die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) erwartet, dass pro Hektar Fläche wenigstens 3300 Liter BTL-Treibstoff erzeugt werden kann.

Öffentliche Quelle: www.3sat.de/nano

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