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Deutsch-japanische Forschungskooperation Projekt für grünen Wasserstoff aus Algen

Von Meike Drießen*

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Wenn Wasserstoff sich als Energieträger der Zukunft durchsetzen soll, muss er ohne Energie aus fossilen Brennstoffen hergestellt werden. Algen könnten dies mittels Fotosynthese leisten. Um diese grüne Wasserstoffproduktion zu verbessern, arbeitet ein deutsch-japanisches Team an neuen biologischen Konzepten für die H2-Produktion mit Algen.

In Algen schlummert ein großes Potenzial für die umweltfreundliche Energiegewinnung.
In Algen schlummert ein großes Potenzial für die umweltfreundliche Energiegewinnung.
(Bild: RUB, Marquard)

Grüner Wasserstoff aus umweltfreundlichen Quellen gilt als heißer Kandidat, wenn es um nachhaltige Energieträger der Zukunft geht. Bestimmte Algen könnten ihn herstellen – wie das in industriellem Maßstab gelingen kann, untersuchen Forscher der Ruhr-Universität Bochum (RUB) und der Universität Osaka gemeinsam in zwei Projekten, die das Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung fördert. Zum einen bauen die beiden Teams in Osaka ein gemeinsames Labor auf. Zum anderen gehen sie der neuen Idee nach, die Wasserstoffproduktionsmaschinerie der Algen in deren Mitochondrien zu verlegen und so von der Fotosynthese zu entkoppeln. So könnten die Algen tagsüber wachsen und nachts Wasserstoff (H2) erzeugen.

Gemeinsame Arbeit an grüner Wasserstoffproduktion

Das deutsch-japanische Labor für Strukturaufklärung zur Entwicklung von Biobrennstoffzellen, kurz H2-Lab, setzt die bestehende Kooperation zwischen den Universitäten Osaka und Bochum fort und intensiviert sie. „Beide Partneruniversitäten haben starkes Interesse, ihre Forschungsexzellenz in den Bereichen (semi)-artifizielle Systeme zur Erzeugung von Wasserstoff in einem Reallabor synergetisch zu nutzen“, sagt Prof. Dr. Thomas Happe, Projektleiter und Leiter der Arbeitsgruppe Photobiotechnologie an der RUB.

Die Partner blicken auf eine jahrelange aktive Forschungskooperation zurück, die nun in Form einer realen, sichtbaren Präsenz in Japan verstetigt werden soll. Neben dem Aufbau einer Infrastruktur am Partnerinstitut in Osaka sind gegenseitige Forschungsaufenthalte und gemeinsame Workshops geplant. „Das Projekt kann den deutschen Forschenden den Zugang zu exzellenten Forschungseinrichtungen und -netzwerken in Japan und zu weltweit führenden Technologien erleichtern“, sagt Happe.

Die bestehende Forschungskooperation der Ruhr-Universität Bochum mit der Universität Osaka wurde mit Start des Projekts um weitere fünf Jahre verlängert. Ende November 2022 fand der Auftakt-Workshop an der RUB statt, zu dem neben japanischen Forschern weitere internationale Experten kamen. Vorträge zum aktuellen Wissensstand in Forschungsgebieten, die für die grüne Wasserstoffproduktion relevant sind, sowie die Netzwerkbildung unter den Forschern versprechen, die Arbeiten an biologischen Wasserstoffquellen voranzutreiben.

So sollen Algen mehr Wasserstoff produzieren:

Ein konkretes Forschungsprojekt beider Partner startet bereits: das Projekt „Strukturbasiertes Metabolic Engineering der H2-Produktion durch Algen (H2M)“. „Darin verfolgen wir einen neuartigen Ansatz für die biologische H2-Produktion, indem wir den H2-Stoffwechsel, der natürlicherweise in den Chloroplasten bestimmter Mikroalgen vorkommt, auf deren Mitochondrien übertragen wollen“, erläutert Happe. Damit wird die Wasserstoffproduktion von der Fotosynthese getrennt. Dies wird es den Zellen ermöglichen, tagsüber fotosynthetisch zu wachsen und in der Nacht gespeicherten Kohlenstoff für eine anhaltende Wasserstoffproduktion zu nutzen. Die Forscher hoffen, mit diesem Konzept besser eine biologische Wasserstofferzeugung in industriellem Maßstab erreichen zu können.

Um den Prozess auf molekularer Ebene optimieren zu können, will das deutsch-japanische Team die beteiligten Biokatalysatoren im Detail untersuchen. „Unser japanischer Partner hat exzellente Möglichkeiten zur Strukturaufklärung von Biomolekülen“, sagt Happe. „Die Verstetigung und der Ausbau unserer Kooperation versprechen viele neue Erkenntnisse in die biologische Wasserstoffproduktionsmaschinerie von Algen.“ (clu)

* M. Drießen, Ruhr-Universität Bochum (RUB), 4801 Bochum

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