Darmkeim als Diesel-Fabrik

 Bisher war es nicht möglich, chemisch identische Kopien von Benzin oder Diesel biologisch herzustellen. (Bild: Thinkstock)
Bisher war es nicht möglich, chemisch identische Kopien von Benzin oder Diesel biologisch herzustellen. (Bild: Thinkstock)
Bisher ist Biodiesel nur ein unzureichender Ersatz für Treibstoff aus Erdöl. Weil er aus anderen chemischen Bausteinen besteht, vertragen normale Automotoren ihn nur als Beimischung zu normalem Dieselkraftstoff. Jetzt aber haben es britische Forscher erstmals geschafft, einen Biotreibstoff herzustellen, der eine exakte Kopie des fossilen Originals ist. Ihre Helfer dabei: genmanipulierte Bakterien. Noch produzieren die mikrobiellen Helferlein ihre Dieselvariante nur im Labormaßstab. Bis das Verfahren großtechnisch eingesetzt werden kann, müssen daher noch einige Hürden genommen werden, betonen die Forscher. Ihr Ansatz belege aber, dass ein echter, nicht fossiler Kraftstoffersatz machbar sei.
60 Prozent der globalen Erdöl-Fördermenge werden zurzeit weltweit für die Erzeugung von Kraftstoffen benötigt - und der Bedarf wächst, wie Thomas Howard von der University of Exeter und seine Kollegen berichten. Gleichzeitig sei der Verkehr die zweitgrößte Quelle globaler Treibhausgas-Emissionen und trage damit zum Klimawandel bei. Unter anderem deshalb versucht man zunehmend, den fossilen Brennstoff durch Alternativen aus erneuerbaren, weniger Treibhausgas-intensiven Rohstoffen zu ersetzen. Das allerdings funktioniert bisher nur sehr eingeschränkt. "Die auf dem Markt erhältlichen Biotreibstoffe, meist Ethanol oder Biodiesel, sind mit modernen, leistungsfähigen Automotoren nicht voll kompatibel", erklären die Forscher. Ihre chemische Zusammensetzung und damit auch ihre Verbrennungseigenschaften unterscheiden sich von denen des Benzins oder Diesels. Daher liegt die maximale Beimischung, die ohne teure Veränderungen vertragen wird, nur zwischen 10 und 20 Prozent.

"Um diese Einschränkungen zu überwinden, ist es daher essenziell, nachhaltig hergestellte Ersatz-Treibstoffe zu erzeugen, die eine akkurate chemische Kopie der fossilen Brennstoffe darstellen", erklären die Wissenschaftler. Benzin und Diesel bestehen aus einer Mischung von kettenförmigen und verzweigten Kohlenwasserstoffen (Alkanen) sowie aus Kohlenwasserstoffen mit Doppelbindungen (Alkenen). Genau diese Mischung herzustellen, war aber bisher nicht möglich. Denn in der Natur gibt es zwar Organismen, meist Pflanzen oder Einzeller, die einen oder mehrere solcher Kohlenwasserstoffe produzieren. Ihre Produkte weichen aber von den im Erdöl und seinen Raffinerieprodukten vorkommenden Verbindungen ab.

Darmkeim als maßgeschneiderter Helfer

Um hier Abhilfe zu schaffen, schufen Howard und seine Kollegen sich nun einen quasi maßgeschneiderten Helfer: Sie bauten dem Darmkeim Escherichia coli verschiedene Gene anderer Organismen ein, die ihn dazu befähigen, freie Fettsäuren mit Hilfe verschiedener Enzyme zu unterschiedlichen Kohlenwasserstoffketten zusammenzusetzen. Die Expression dieser Gene resultierte in der Produktion von Alkanen und Alkenen, die in ihrer Länge denen entsprechen, die in Diesel und Flugzeugkraftstoff enthalten sind, wie die Forscher berichten. Wie sie in mehreren Experimenten herausfanden, ließ sich die genaue Länge der Ketten gezielt beeinflussen, indem man den Bakterien verschiedene Fettsäuren als Ausgangsstoff zur Verfügung stellte. Je nach Rohstoff-Cocktail veränderte sich dann auch die Kraftstoff-Mischung, die die Mikroben produzierten.

"Diese Fähigkeit, die Kohlenwasserstoff-Produktion maßzuschneidern, ist entscheidend, um echte Kopien fossiler Brennstoffe herzustellen", erklären Howard und seine Kollegen. Denn nur dies stelle sicher, dass solcherart biologisch erzeugte Kraftstoffe ohne Problem von modernen Motoren genutzt werden können. "Wenn es uns gelingt, konventionellen Diesel mit einem CO2-neutralen Biokraftstoff zu ersetzen, dann könnte dies viel dazu beitragen, die Treibhausgas-Emissionen zu senken", sagt Seniorautor John Love von der University of Exeter.

Bis dahin ist es allerdings noch ein weiter Weg, wie auch er einräumt. Denn noch sind die bakteriellen Helfer nicht sehr effektiv, die Ausbeute an produziertem Kraftstoff viel zu niedrig. Man müsse noch daran arbeiten, konkurrierende Reaktionen auszuschalten. Und wie sich dieses Verfahren am besten in den industriellen Maßstab übertragen lässt, muss auch erst noch erforscht werden. Dennoch sind die Forscher zuversichtlich. Denn ihre Ergebnis zeige, dass es grundsätzlich möglich sei, sich Organismen zu schaffen, die genau die richtige Mischung herstellen.
Thomas Howard (University of Exeter) et al., Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), doi: 10.1073/pnas.1215966110

© wissenschaft.de - Nadja Podbregar


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