Benzinersatz Kraftstoff dank kleiner Helfer

Weil die Ölquellen endlich sind, forscht die Wissenschaft auf Hochtouren nach Kraftstoffalternativen. Eine Doktorandin der TU Kaiserslautern untersucht die bakterienunterstütze Produktion des Benzinersatzes Butanol und will sie mit einem neuen bioelektrochemischen Verfahren beschleunigen.

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Bakterien – ihnen haftet im Alltagsverständnis ein negativer Ruf an. Nicht immer zu Recht. Denn während einige Bakterien als Krankheitserreger agieren, sind andere für die Herstellung von Lebensmitteln wie Bier, Käse oder Joghurt wichtig. Die Mikroorganismen kommen beispielsweise auch bei der Produktion von Medikamenten, Kunststoffen oder Kraftstoffen zum Einsatz. Immer öfter setzen Industrieunternehmen hierbei nachwachsende Rohstoffe ein.

„Pflanzenstoffe können als Ausgangsstoff für verschiedene Substanzen dienen“, erklärt Mareike Engel, Doktorandin an der TU Kaiserslautern.Die junge Wissenschaftlern weiter: „Dabei zersetzen Mikroorganismen die Fasern im Holz in verschiedene Zuckerstoffe.“ Sie forscht daran, die Substanz Butanol mit einem solchen Verfahren herzustellen. Weil Butanol dem Benzin mit seinen chemischen und physikalischen Eigenschaften sehr ähnlich sei, könne es direkt anstelle des Kraftstoffs genutzt werden.

Elektrisches Potenzial lässt Bakterien schneller arbeiten

Für die Gärung setzt Engel auf Bakterien namens Clostridium acetobutylicum. Diese sind in der Lage, aus Zellulosefasern in Holzresten oder anderen pflanzlichen Abfällen Butanol herzustellen. Die 26-jährige geht aber noch einen Schritt weiter: Sie verbindet eine altbekannte, bereits gut erprobte Methode mit einem elektrochemischen Verfahren. Engel und ihre Kollegen wollen festgestellt haben, dass die Bakterien das Butanol schneller und in größeren Mengen herstellen, wenn sie ein elektrisches Potential anlegen. Die Mikroorganismen nutzten hierbei die freiwerdenden Elektronen, um den Kraftstoff herzustellen.

„Wir wissen allerdings nur in Grundzügen, was bei diesen Prozessen auf molekularer Ebene abläuft und wie die Elektronen in die Bakterienzellen kommen“, räumt Engel ein. Dies möchte die junge Forscherin im Rahmen ihrer Promotion herausfinden. Sie forscht dazu in der Nachwuchsgruppe Bio-Sats von Dr. Nils Tippkötter. Der Wissenschaftler und sein Team haben sich den nachwachsenden Rohstoffen und ihrer Weiterverarbeitung verschrieben. „Wir vermuten, dass die Bakterien Nanodrähte bilden und die Elektronen so aufnehmen“, verrät Engel. Gemeinsam mit Biophysikern des Nano Structuring Centers der TU möchte sie die Bakterien am Rasterelektronenmikroskop genauer untersuchen, um herauszufinden, welche Prozesse bei den Mikroben auf molekularer Ebene ablaufen.

Forschung steht am Anfang

Die Forschung zur Bioelektrochemie steckt in den Kinderschuhen. Erst seit rund zehn Jahren arbeiten Wissenschaftler daran, die beiden Technologien zu verknüpfen. So muss Engel in vielerlei Hinsicht Pionierarbeit leisten, wie sie sagt: „Es gibt beispielsweise noch keine passenden Bioreaktoren, bei denen elektrochemische Komponenten vorhanden sind – da musste ich selber ein eigenes System bauen.“ Engel ist eine der ersten in Deutschland, die auf diesem Gebiet forscht. Unterstützt wird sie in ihrer Arbeit von Kollegen des Dechema-Forschungsinstituts in Frankfurt. Auch hier wird an der Bioelektrochemie geforscht.

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