Konzepte der Energiegewinnung: Lignocellulose zu Benzin und Plastik

Auf der Suche nach alternativen Treibstoffen der zweiten Generation stellt die optimale Nutzung der Biomasse als Ausgangsmaterial eine große Herausforderung für die Biotechnologen dar. Denn Biomasse besitzt aufgrund seines Kohlenstoffgrundgerüstes theoretisch so viele Einsatzmöglichkeiten wie es an nutzbaren organischen Ausgangsstoffen zu bieten hat, allerdings benötigt man dazu passende Enzymsysteme, mit denen sich die Biomasse entsprechend umwandeln lässt. Holz, Stroh, ölhaltige Samen, Getreide, zuckerreiche Pflanzen, Klärschlamm, Gülle, tierische Abfälle und Speisereste können durch Verbrennung, Veresterung, Vergärung und andere Synthese-Verfahren als Ausgangsbasis für Kohlenstoffverbindungen, z.B. Kraftstoffe, genutzt oder verarbeitet werden.

Dies gilt insbesondere bei innovativen Konzepten der Ethanol-Gewinnung aus organischen Abfallstoffen anstelle des energieintensiven Anbaus herkömmlicher Nutzpflanzen wie Mais oder Raps. Biotreibstoffe aus Abfall- und Reststoffen belasten die Umwelt nur halb so stark, denn diese „Rohstoffe“ müssen nicht unter Verwendung hoher Energiemengen angebaut werden sondern müssen, im Gegenteil, entsorgt werden. Während enzymatische oder fermentative Biokonversionsprozesse im Nahrungsmittelbereich, z.B. bei Wein, Käse, Brot usw. traditionell angewendet werden, stehen biotechnologische Verfahren zur Konversion von nachwachsenden Rohstoffen in Treibstoffe noch am Anfang der industriellen Nutzung. Etabliert sind Verfahren der fermentativen Herstellung von Bioethanol aus Stärke und Zucker oder der biologische Abbau von Abfall- und Reststoffen in Klär-, Kompostierungs- und Biogasanlagen, die weltweit zunehmend Anwendung finden.

Während unlängst eine große deutsche Molkereifirma die Nutzung von Käseresten zur Energiegewinnung ankündigte, können Autofahrer in Neuseeland bereits Benzin tanken, das einen Bioethanol-Anteil aus Molke enthält. Anbieter des Treibstoffs ist das Mineralölunternehmen Gull. Der 10%ige Bioethanol-Anteil wird von Anchor Bioethanol geliefert, einem Tochterunternehmen der Molkereigenossenschaft Fonterra. Der Biosprit wird durch Umwandlung des Milchzuckers in der Molke, einem Nebenprodukt der Käseherstellung, durch zugesetzte Hefe gewonnen.

Allerdings lassen sich mit Restabfällen bislang nur wenige Prozent des derzeitigen Treibstoffbedarfs abdecken und die schlechten Umweltbilanzen des Landmaschinen-gestützten Raps- und Maisanbaus erfordern eine Weiterentwicklung der Biodiesel- und Bioethanolproduktionen der ersten Generation. Verbessern ließe sich die Ökobilanz von gängigen Energiepflanzen, wenn neben der Verwertung von Zucker und Stärke auch Zellulose genutzt werden könnte. Denn bislang finden nur die ölhaltigen bzw. stärke- und zuckerhaltigen Saatfrüchte ihre Verwertung in der Biotreibstoffproduktion, die zellulosehaltigen Pflanzenreste bleiben ungenutzt. Dabei besitzen Energiepflanzen im Vergleich zu ihrer Masse wenig Stärke und Glukose, sondern enthalten in den Zellwänden eingelagerte Zucker überwiegend in Form von Lignozellulose.