Bioethanol Forscher entwickeln kontinuierlich arbeitenden Bioethanol-Reaktor

Spätestens ab 2017 gilt für Biokraftstoffe eine Obergrenze von 7,0 Prozent. Damit steigt die Nachfrage nach Bioethanol. Um dieser klimafreundlich und ohne Konkurrenz zur Nahrungsmittelherstellung nachkommen zu können, entwickeln Hohenheimer Forscher ein kontinuierliches Verfahren mit genveränderten Hefen.

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Universität Hohenheim

Stuttgart – Im Sommer diesen Jahres hat der EU-Rat die europäischen Biokraftstoff-Richtlinien aktualisiert. Danach wird für Biokraftstoffe aus Stärke, Zucker und pflanzlichen Ölen eine Obergrenze von 7,0 Prozent, bezogen auf den Energiegehalt, eingeführt. Wie Bundesverband der deutschen Bioethanolwirtschaft mitteilt, macht dies einen Marktanteil von rund 10 Volumenprozent Bioethanol im Benzin. Gegenwärtig liegt der Marktanteil von Bioethanol in Deutschland erst bei 5,9 Volumenprozent. Um die steigende Nachfrage nachhaltig zu decken bedarf es neuer Verfahren für Bioethanol der zweiten Generation.

Die Wissenschaftler um Prof. Dr. Ralf Kölling-Paternoga forschen an einem kontinuierlich arbeitenden Bioethanol-Reaktor, der die bisherigen Schwächen der Biokraftstoff-Produktion beheben soll. „Eine Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion kann entstehen, wenn Ausgangsstoffe wie Getreide oder Zuckerrüben eingesetzt werden. Je nach Herstellungsprozess kann zudem die Klimabilanz relativ schlecht ausfallen. Verwendet man andere als die bislang üblichen Rohstoffe, ist die Produktion immer noch teuer und damit unwirtschaftlich“, umreißt Prof. Dr. Kölling-Paternoga von der Universität Hohenheim die Hindernisse.

Hefepilze mit Sonderzubehör

Als Ausgangsstoff setzen die Wissenschaftler Cellulose aus Reststoffen wie Stroh ein – das vermeidet die Konkurrenz zu Nahrungsmitteln und sorgt für eine gute Klimabilanz mit Einsparungen von 80 bis 90 Prozent gegenüber Benzin aus fossilen Quellen. Cellulose zur Produktion von Bioethanol hat jedoch einen Nachteil: Sie ist schwer aufzuschließen. Bisher führt man eine Vorbehandlung mit Dampf, Druck und zugesetzten Enzymen durch, um den Zucker in den Pflanzen freizusetzen. Erst dann kann Hefe zugegeben werden, die den Zucker zu Alkohol umwandelt.

Dieses Batch-Verfahren ist umständlich und kostenaufwendig. Die Forscher wollen es deshalb erheblich vereinfachen. „Wir möchten mit gentechnischen Methoden Hefen herstellen, die selbst diese Enzyme produzieren“, erklärt Prof. Dr. Kölling-Paternoga. Dafür etablieren sie auf den Hefepilzen sogenannte Mini-Cellulosomen – Anhänge auf der Zelloberfläche, die alle zum Cellulose-Abbau nötigen Enzyme beinhalten. In der Natur findet man derartige Cellulosome vor allem in einigen Bakterien. „Die Hefen können dann an die Cellulose andocken und in parallelen Prozessen die Cellulose abbauen und mit der Bioethanol-Produktion starten“, so der Experte.

Sein Institutskollege PD Dr. Thomas Senn will diese Hefen in einem kontinuierlichen System nutzen. Er arbeitet parallel zur genetischen Entwicklung an der technischen Umsetzung. „Wir stellen uns eine Art Bioethanol-Reaktor vor, ähnlich wie bei Biogas. Ein möglichst einfaches System, in das man die Ausgangsstoffe auf einer Seite hineingibt und auf der anderen Bioethanol herauskommt“, veranschaulicht Prof. Dr. Kölling-Paternoga das Ziel des Forschungsprojektes.

Ziel der Forscher ist ein Prototyp einer solchen kontinuierlich arbeitenden Anlage am Ende der drei Förderjahre. Sie soll Biokraftstoffe der 2. Generation produzieren, also hergestellt aus Stoffen, die nicht für den menschlichen Verzehr geeignet sind. Entscheidend wird jedoch die marktwirtschaftliche Seite sein. „Momentan liegen die Produktionskosten für Cellulose-Ethanol über den Herstellungskosten für Benzin“, stellt Prof. Dr. Kölling-Paternoga fest. „Unser neues System dürfte die Kosten ganz erheblich senken und die Effizienz steigern.“

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