Künstliche Photosynthese für umweltschonende Nahrungsmittelproduktion

Aminosäure aus CO2 Künstliche Photosynthese für umweltschonende Nahrungsmittelproduktion

03.05.2023 Quelle: Pressemitteilung TUM Lesedauer: 2 min

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Die Versorgung der ständig wachsenden Weltbevölkerung mit Nahrungsmitteln und der gleichzeitige Erhalt der Umwelt stehen in einem Zielkonflikt. Forschende der Technischen Universität München (TUM) haben nun mit Hilfe einer Art künstlicher Photosynthese eine Methode zur synthetischen Herstellung von Nahrungseiweiß entwickelt.

Doktorand Vivian Willers (links) und Prof. Volker Sieber ist es gelungen, wichtige Aminosäure aus Klimagas CO2 herzustellen.
(Bild: Otto Zellmer/ TUM)

Einer Gruppe von Wissenschaftlern um Prof. Volker Sieber am TUM Campus Straubing für Biotechnologie und Nachhaltigkeit ist es gelungen, in einem biotechnologischen Prozess indirekt über Methanol als Zwischenprodukt, aus dem klimaschädlichen Gas CO₂ die Aminosäure L-Alanin zu erzeugen. Bislang wird Protein für die Tierernährung vor allem im globalen Süden unter großem Flächenverbrauch und mit negativen Folgen für die Biodiversität gewonnen.

Ohne deutlich stärkere Maßnahmen ist das 1,5-Grad-Ziel nicht mehr zu erreichen, warnen die Experten des Weltklimarates (Symbolbild). (Bild: sveta - stock.adobe.com)

Das aus der Atmosphäre entnommene CO₂ wird zunächst mit Ökostrom und Wasserstoff zu Methanol verarbeitet. Mit der neuen Methode verwandeln synthetische Enzyme dieses Zwischenprodukt dann in einem mehrstufigen Verfahren sehr effektiv und in hoher Ausbeute in L-Alanin, eines der wichtigsten Bestandteile von Eiweiß, was unverzichtbar für die Ernährung von Menschen und Tieren ist.

Prof. Sieber vom Lehrstuhl für die Chemie Biogener Rohstoffe erläutert: „Im Vergleich zum Pflanzenanbau wird viel weniger Fläche benötigt, um die gleiche Menge an L-Alanin zu erzeugen, wenn die Energie dafür aus Solaranlagen oder Windkraft gewonnen wird. Mit der höheren Flächeneffizienz kann durch eine Art künstliche Photosynthese die gleiche Menge an Nahrungsmitteln auf deutlich weniger Fläche produziert werden. Somit wird der Weg für einen niedrigeren ökologischen Fußabdruck der Landwirtschaft bereitet.“

Bioökonomie und Wasserstoffwirtschaft in Kombination

Die Herstellung von L-Alanin ist für die Wissenschaftler dabei nur ein erster Schritt. „Wir wollen auch weitere Aminosäuren aus CO₂ und erneuerbarer Energie bereitstellen und die Effizienz in der Umsetzung weiter erhöhen“, sagt Mitautor Vivian Willers, der das Verfahren als Doktorand am TUM Campus Straubing entwickelt hat. Das Projekt sei zudem ein gutes Beispiel dafür, wie Bioökonomie und Wasserstoffwirtschaft miteinander den Weg zu mehr Nachhaltigkeit bereiten, betonen die Forscher.

Originalpublikation: Vivian Pascal Willers, Manuel Döring, Barbara Beer, Volker Sieber. Cell-free enzymatic L-alanine synthesis from green methanol. Chem Catalysis, Volume 3, Issue 3, 2023, 100502.

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