Mikroben wandeln Treibhausgas in flüssige Treibstoffe

Los Angeles (USA) – Wer Treibstoffe verbrennt, setzt Kohlendioxid frei. Umgekehrt können Mikroben aus diesem Gas wieder flüssige Treibstoffe erzeugen. Dazu entwickelten Forscher nun einen Bioreaktor, in dem eine Bakterienkultur – unterstützt durch Strom aus einer Solarzelle – den Alkohol Butanol erzeugte. Dieser Prozess, über den die Wissenschaftler in der Zeitschrift „Science“ berichten, kann theoretisch sehr viel effizienter ablaufen als die Treibstoffgewinnung aus Getreide, Raps oder Stroh. Zudem böte sich eine viel versprechende Möglichkeit, Solarstrom günstig zu speichern. 

 „Derzeit wird Strom am besten mit Lithiumionen-Akkus gespeichert, doch mit der Umwandlung in einen flüssigen Treibstoff wäre die Energiedichte sehr viel höher“, sagt James Liao vom Department of Chemical and Biomolecular Engineering der University of California in Los Angeles. Für den ersten Prototyp ihres Bioreaktors nutzten die Forscher eine genveränderte Variante der Bakterie Ralstonia eutropha H16. Diese Mikroben kultivierten sie in einem kleinen Wassertank, dem sie etwa 15 Prozent Kohlendioxid zusetzten. Den für die Butanolerzeugung nötigen Strom gewannen sie mit einer handelsüblichen Solarzelle. 

Prototyp des Bioreaktors
Prototyp des Bioreaktors

 Die Treibstofferzeugung lief über zwei Grundschritte ab. Zuerst konnten per Solarstrom aus dem Kohlendioxid elektrisch geladene Ionen der Ameisensäure gebildet werden. Diese Ionen wurden dann von den Mikroben aufgenommen und über ihren Stoffwechsel zu Butanol umgewandelt. Butanol gilt als ein vielseitiger Kohlenwasserstoff mit einer hohen Energiedichte und kann für die Synthese von Treibstoffen und vielen anderen Chemikalien genutzt werden. Damit bietet biologisch synthetisiertes Butanol eine interessante Alternative zu Erdöl. 

 In dem Testreaktor konnten innerhalb von achtzig Stunden etwa 140 Milligramm Butanol pro Liter gewonnen werden. Diese Ausbeute ist für einen wirtschaftlichen Betrieb noch viel zu klein. Zudem starben die Bakterien nach gut drei Tagen ab. „Doch wir haben das Prinzip erfolgreich demonstriert und glauben, dass wir den Maßstab nun vergrößern können“, sagt Liao. Sollten sie Erfolg haben, lockt eine Treibstoffquelle, die Sonnenenergie sehr viel effizienter nutzt als auf Biomasse basierende Prozesse. Theoretisch können in Butanol etwa neun Prozent der Energie der Sonnenstrahlung gespeichert werden. Verfügbare Biotreibstoffe liegen wegen der geringen Wirkungsgrade der natürlichen Photosynthese bei deutlich unter einem Prozent.