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20.03.2020 | Verfahrenstechnik | Im Fokus | Onlineartikel

Wie sich Kohlendioxid als Rohstoff nutzen lässt

Autor:
Dieter Beste
3 Min. Lesedauer

Der Bioökonomie geht es um die Transformation des Zeitalters fossiler Brennstoffe in eine Wirtschaftsform, die auf nachwachsenden Rohstoffen aufbaut. So die Entwicklung auf den Begriff gebracht, setzt sie in der Forschung neuen Ideenreichtum frei.

Im Grunde genommen ist Bioökonomie nichts Neues: "Jahrtausende lang deckte die Menschheit ihren Bedarf an Nahrung, Werkstoffen, Gebrauchsgütern und Energie aus nachwachsenden Rohstoffen und erneuerbaren Quellen", rufen Joachim Pietzsch und Ulrich Schurr in ihrer Einleitung zu "Bioökonomie für Einsteiger" in Erinnerung. Dann kam die Industrielle Revolution. Auf Grundlage der fossilen Brennstoffe Kohle, Erdöl und Erdgas "beschleunigte sich die wirtschaftliche Entwicklung und bereitete – gepaart mit dem wissenschaftlichen Fortschritt in Medizin und Naturwissenschaften – die Grundlage für die schnellste bekannte Entwicklung einer Spezies, die wir aus der Erdgeschichte kennen."

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Jetzt haben wir den Salat. Die industrielle Entwicklung, die über zwei Jahrhunderte hinweg unser Leben mit einer schier unglaublichen Explosion technischer Artefakte stetig verbesserte, beginnt in ihr Gegenteil umzuschlagen. Der über Zeiten hinweg erfolgte unbedachte Ausstoß von Kohlendioxid in die Atmosphäre ist jetzt ein dringend zu lösendes Problem: ein maßgeblich CO2-verursachter Klimawandel. Die Springer-Autoren zitieren die Messungen zum CO2-Gehalt der Atmosphäre, der seit dem Beginn seiner Messung im Jahr 1958 im Mauna-Loa-Observatorium auf Hawaii kontinuierlich anstieg – von rund 300 ppm auf inzwischen mehr als 400 ppm. Tröstlich sei, dass die "Revolution des Wissens" dazu geführt habe, "dass der Menschheit heute Technologien zu Gebote stehen, die Auswege aus nicht nachhaltigen Sackgassen eröffnen" (Seite 8).

In diesem Zusammenhang unterstreichen die Autoren Manfred Kircher, Michael Bott, und Jan Marienhagen im Kapitel "Die Bedeutung der Biotechnologie für die Bioökonomie" (Seite 105ff), dass zwar der Mensch Mikroorganismen, Tiere, Pflanzen und Enzyme von alters her für seine Zwecke genutzt habe, aber erst die moderne Biotechnologie deren gezielte Optimierung für definierte Verfahren ermögliche. Weltweit richten Forscher deshalb ihr Augenmerk auf die Entwicklung und Etablierung neuer bioökonomischer Stoffkreisläufe.

Neue Wege zur bioökonomischen Nutzung von CO2

Ziel der Mitte Januar von der Bundesregierung verabschiedeten Bioökonomiestrategie ist es, biologische Ressourcen stärker zu nutzen und mit Hilfe biologischen Wissens und Innovationen unseren Bedarf an Rohstoffen, Produkten und Dienstleistungen zu decken. Eine Möglichkeit zur Bekämpfung des Klimawandels ist es, CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen, indem Pflanzen, Algen oder Mikroorganismen, die durch Photosynthese Biomasse produzieren, diesen Rohstoff verstoffwechseln. Ein anderer Weg besteht darin, das bei der Verbrennung oder anderen industriellen Produktionsprozessen entstehende CO2 aufzufangen und zu verwerten, es also zu recyceln bevor es in die Luft gelangt. Grundsätzlich besitzt CO2 das Potenzial, als Rohstoff die bislang genutzten fossilen Brennstoffe als Ausgangsmaterial für die Produktion von kohlenstoffbasierten Chemikalien – einschließlich Verbrennungskraftstoffen – abzulösen.

Entwicklung eines neuen Stoffwechselweges

Diesen Ansatz verfolgen Forscher um Arren Bar-Even vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie; über ihre Forschung berichten sie aktuell in "nature chemical biology". Ihre Idee: die Einbringung eines neuen Stoffwechselweges in das Bakterium Escherichia coli, damit dieses sich statt wie üblich von Zuckern, ausschließlich von organischen Verbindungen wie Ameisensäure oder Methanol ernährt. Beide Verbindungen können sehr effizient und kostengünstig aus CO2 hergestellt werden. Da E. coli sehr gut erforscht und einfach zu kultivieren ist, wird es längst für industrielle Produktionsverfahren, etwa zur Herstellung von Insulin oder Aminosäuren genutzt. Gelingt es, E. coli mittels Ameisensäure oder Methanol zu kultivieren, könnte man einen Stoffkreislauf schaffen, der mit Hilfe von modifizierten Mikroorganismen das CO2 - über Ameisensäure und Methanol - in wertvollere Produkte überführt. Und durch die weitere Entwicklung des Methanol- oder Ameisensäure-verzehrenden Bakteriums hoffen die Forscher, damit bald auch hochwertige Chemikalien herstellen zu können.

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