Dossier
Neue Technologien zur Energiegewinnung
Nach dem prognostizierten Ende des Erdöl-Zeitalters noch in diesem Jahrhundert drängen fast täglich Meldungen über neue Ansätze alternativer Technologien zur Energiegewinnung an die Öffentlichkeit. Weltweit wird an der industriellen Umsetzung innovativer Konzepte zu erneuerbaren Energien gearbeitet, die eine Sicherung des weltweiten Energiebedarfs angesichts hoher Ölpreise, wachsender Energiebedürfnisse bei gleichzeitig sinkenden Reserven gewährleisten sowie eine Bremsung des Klimawandels beschleunigen soll. Die Biotechnologie ist dabei ein Weg, zur Entwicklung optimierter Verfahren der Gewinnung von Biokraftstoffen beizutragen.
Umweltfreundliche Wasserstofferzeugung durch Algen
Algen bieten sogar eine Alternative zu der bisherigen Gewinnung von Wasserstoff, der als der erneuerbare Energieträger der Zukunft gilt. Bislang verbraucht die Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse aus Wasser genauso viel Energie, wie sie später als Autotreibstoff liefern soll. Eine Alternative dazu bilden auch hier nachwachsende Rohstoffe. Denn Wasserstoff wird unter bestimmten Bedingungen auch bei der Photosynthese in Pflanzen durch das Enzym Hydrogenase erzeugt. Die Pflanzen benötigen dafür nur die Sonnenenergie. Allerdings findet die Wasserstofferzeugung in Pflanzen zum Schutz vor freien Wasserstoffkernen (Protonen) nur als Notprogramm statt und wird durch die Anwesenheit von Sauerstoff gehemmt.
Unter Schwefel- und Sauerstoffmangel beginnen Algen mit der Wassertoffproduktion.Quelle: Ruhr-Universität Bochum
Unter Schwefel- und Sauerstoffmangel beginnen Mikroalgen mit der Produktion von Wasserstoff. Quelle: Ruhr-Universität Bochum
Entdeckt wurde diese Form der Wasserstofferzeugung, schon in den 30er-Jahren des letzten Jahrhunderts vom deutschen Forscher Hans Gaffron. Seit einigen Jahren wird in Deutschland intensiv an der Wasserstoffproduktion durch Algen geforscht. Mikroalgen wie Grünalgen oder Cyanobakterien (Blaualgen) werden auf eine Schwefeldiät gesetzt, wodurch die Algen nicht mehr Biomasse aufbauen sondern Wasserstoff produzieren. Der Wirkungsgrad der dabei erreichten Wasserstoffproduktion ist allerdings noch sehr niedrig und führt nach kurzer Zeit zum Absterben der Algen. Durch Optimierung der Teilprozesse in den Algen und ihrer enzymatischen Bestandteile soll dieser Vorgang verbessert werden.
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Standort Bochum spezialisiert auf Photobiotechnologie
Vor allem die Ruhr-Universität Bochum hat sich als ein Forschungsstandort der photobiologischen Wasserstoffproduktion etabliert. Im Rahmen eines vom BMBF geförderten Projektvorhabens befasst sich ein interdisziplinäres Netzwerk von Biologen, Chemikern, Biophysikern, Energie- und Verfahrenstechnikern mit der Herstellung von Wasserstoff durch biologische Wasserspaltung in Algen während der Photosynthese. Dabei sollen Modellsysteme entwickelt werden, in denen hochaktive Hydrogenasen an die photosynthetische Wasserspaltung gekoppelt werden – unter Lichteinwirkung sollen diese Nanosysteme dann Wasserstoff produzieren.
Darüber hinaus wollen die Wissenschaftler das zelluläre System von Mikroalgen durch gentechnische Veränderung dahingehend optimieren, dass neben einer photosynthetischen Wasserstoffproduktion gleichzeitig eine CO2–Fixierung zur Biomasseproduktion stattfindet. Dadurch könnten Algen als Wasserstoffproduzent und als Biodiesel- oder Bioethanollieferant genutzt werden.
