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Umwelttechnik Zeitenwende bei der Bioenergie

Tank oder Teller? Bisher ließen sich Kunststoffe, Kautschuk oder Treibstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen nur auf Kosten des Nahrungsmittelanbaus herstellen. Jetzt haben Forscher Wege aus dem Dilemma gefunden.

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Kautschuk aus Löwenzahn Quelle: Illustration: Torsten Wolber

Dieses Rotlichtviertel der altehrwürdigen Handels- und Universitätsstadt Delft nahe Rotterdam besitzt einen eigenwilligen Charme: Während sich anderswo leicht bekleidete Damen im farbigen Licht zur Schau stellen, blubbern Hefen, Bakterien, Algen und Pilzkulturen im wärmenden Licht von Infrarotlampen der sogenannten „Red Light Zone“ des niederländischen Chemieunternehmens DSM.

Das Labor auf dem DSM-Werksgelände mit seinen langen Reihen aus einkochtopfgroßen Glasbottichen – den Bioreaktoren oder Fermentern – ist die Versuchsküche der Biotechnologen des knapp 23.000 Mitarbeiter starken Konzerns. Hier erproben die Forscher neue Verfahren, um Produkte wie Vitamine, Medikamente oder Kunststoffe mithilfe von Enzymen und gentechnisch veränderten Mikroorganismen effizienter und umweltschonender herzustellen.

Weiße Biotechnik heißt diese Forschungszunft – und Marcel Wubbolts ist ihr Zunftmeister bei DSM: Er leitet als Direktor das entsprechende Forschungsprogramm. Auch sein Gesicht und der sonst blonde Lockenschopf sind in sattes Rot getaucht, wenn er die Versuchsansätze erläutert. Er ist überzeugt, dass die Welt auf solche umweltfreundlichen Verfahren wartet, die er mit seinem 30-köpfigen Forscherteam im idyllischen Delft ausbrütet: „Was hier entsteht, wird uns helfen, von fossilen Energie- und Rohstoffquellen unabhängig zu werden, ohne die Ernährung der Weltbevölkerung zu gefährden.“

Es wäre die Lösung eines Problems, das vor gut 200 Jahren entstand: Jegliche industrielle Entwicklung beruht seither auf der Nutzung fossiler Kohlenstoffquellen wie Öl, Gas und Kohle. Dass die Vorräte endlich sind, ist lange bekannt. Trotzdem stammen erst vier Prozent des weltweiten Treibstoffbedarfs aus nachwachsenden Rohstoffen. Und 94 Prozent aller Umsätze in der Chemieindustrie gehen noch auf fossile Rohstoffe zurück. Wie riskant es ist, die letzten Schätze zu bergen, macht das aktuelle Leck der BP-Tiefseebohrung im Golf von Mexiko deutlich. Seit Jahren sucht die Industrie deshalb nach alternativen Rohstoffquellen.

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    Tank-oder-Teller-Dilemma

    Weil es technisch am einfachsten ist, hat sich die Suche bisher ausgerechnet auf die essbaren Rohstoffe Zucker und Stärke konzentriert. Das aber führt zu einer massiven Konkurrenz um Anbauflächen zwischen Rohstoff- und Nahrungsmittelherstellern. Gerade stellte die Unternehmensberatung McKinsey beim Weltkongress der industriellen Biotechnologie in Washington ihren World-Economic-Forum-Report zu Bioraffinerien vor. Report-Autor Nicolas Denis bringt es auf den Punkt: „Vor dem Hintergrund einer wachsenden Weltbevölkerung sind nur jene Techniken zukunftsfähig, die die Nahrungsmittelproduktion nicht behindern.“

    Auswege aus diesem Tank-oder-Teller-Dilemma haben nun Forscher wie Wubbolts gefunden – sowohl bei den Chemiekonzernen als auch an Universitäten und Biotech-Startups. Die Ansätze sind breit gestreut: So lassen sich inzwischen auf bisher landwirtschaftlich unbrauchbaren Böden Pflanzen züchten, die Rohstoffe liefern. Bioabfälle lassen sich in Kunst- oder Treibstoffe verwandeln. Gentechnisch optimierte Hefen machen aus Stroh Benzin, Löwenzahn produziert Naturkautschuk. Und Krabbenschalen werden zu Kunststoff.

    Bisher werden solche biologischen Abfälle vor allem zur Biogasherstellung genutzt oder zu Kohle gepresst und dann verheizt. „Viel zu schade“ findet das Wubbolts.

    Noch allerdings stecken die Techniken in den Kinderschuhen, die aus Stroh oder Holzresten Treibstoffe oder eine Art Rohöl machen, statt sie zu verfeuern. Immerhin existieren Pilotanlagen der sogenannten Biomasseverflüssigung mit einem physikalisch-chemischen Verfahren. So betreibt Choren Industries im sächsischen Freiberg eine großtechnische Versuchsanlage. Marktreif ist die Technik noch nicht.

    Ungenutzte Zuckermoleküle

    Biotechnologen setzen daher auf eine ganz andere Methode – und die Hilfe von Enzymen und Mikroorganismen wie Hefen: Sie sollen Holz oder Stroh in ihre wertvollen Bestandteile zerlegen, die Zucker. Denn in ihrer Grundstruktur sind auch die holzigen Teile von Pflanzen – Zellulose und Hemizellulose – wie Speisestärke aus energetisch hochwertigen Zuckermolekülen aufgebaut. Sie machen zwei Drittel der Biomasse aus.

    Bisher bleiben sie ungenutzt, denn die Forscher kamen an die Zucker aus Holz und Stroh nicht heran, weil ihre Enzyme die chemischen Bindungen dieser Moleküle nicht knacken können. Der Grund: Die Biotreibstoffanlagen der sogenannten ersten Generation arbeiten mit Hefen, die seit Jahrtausenden zum Brotbacken und Brauen von Bier eingesetzt werden. Deren Enzyme können nur Stärke und eine ganz bestimmte Zuckerform, die Glukose, verdauen. Zudem sind die Holz-Zucker mit dem unverdaulichen Lignin verklebt. „Bäume werden nicht ohne Grund Hunderte von Jahren alt“, sagt Biotechnologe Wubbolts.

    Im Werkzeugkasten der Natur suchten DSM-Forscher nach Organismen, die das richtige Set von Enzymen parat haben, um Holz- und Stroh-Zucker zu verwerten. Dabei kamen Holz verspeisende Termiten in die engere Wahl, doch fündig wurden sie bei einem Pilz. Der tut nichts anderes, als sich von Holz zu ernähren. Allerdings braucht das Jahre.

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