München 2004 – wissenschaftliches Programm

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AKE: Energie

AKE 5: Alternative Treibstoffe

AKE 5.1: Hauptvortrag

Donnerstag, 25. März 2004, 11:00–11:45, HS 109

Biokraftstoffe aus Algen – Photobiologische Wasserstoffproduktion und CO₂-Fixierung — •Thomas Happe — Ruhr-Universität-Bochum, Biochemie der Pflanzen, AG Photobiotechnologie, D-44780 Bochum

Molekularer Wasserstoff (H₂) gilt als idealer Energieträger der Zukunft. In Kombination mit effizienten Brennstoffzellen liefert seine Verbrennung umweltfreundlich erzeugte Elektrizität. Bisher wird H₂ aus fossilen Energieträgern wie Erdöl gewonnen. Deren Reserven sind allerdings begrenzt, und ihre Verwendung widerspricht dem Gedanken der regenerativen Energiegewinnung. Eine Möglichkeit zur umweltschonenden Gewinnung des Gases ist die biologische H₂-Erzeugung durch Mikroorganismen. Photobiologische Produktion von Wasserstoff durch Algen verspricht eine regenerative Energiequelle aus den in der Natur am meisten vorkommenden Reserven, nämlich Licht und Wasser, wobei Algen in der Nutzung der Sonne als Energiespender höchst erfolgreich sind.

Unsere Arbeitsgruppe befasst sich mit der H₂-Produktion durch einzellige Grünalgen. Diese Algen haben die geringsten Nährstoffansprüche überhaupt und wachsen im Licht auf rein anorganischem Medium. Algenzellen der Spezies Chlamydomonas reinhardtii enthalten besondere Enzyme, sogenannte Hydrogenasen, die molekularen H₂ mit einer hohen Effizienz bilden. Unter normalen Wachstumsbedingungen kommen diese sauerstofflabilen Enzyme nicht zum Einsatz. Vor kurzem wurde jedoch ein System entwickelt, das eine langfristige H₂-Produktionsphase der Algen ermöglicht. Durch einen speziellen Trick (Entzug von Schwefel) kann man die Algen dazu bringen, große Mengen an Wasserstoffgas zu produzieren. Das Entziehen des Nährstoffs Schwefel bewirkt eine metabolische Anpassungsstrategie der Zellen, die in einer lichtabhängigen Produktion von nahezu reinem H₂-Gas resultiert. Bisher wurde dieses System lediglich im Labormaßstab etabliert. Dabei konnte eine Produktionsrate von ca. 1 Liter H₂ pro Tag und 4 Liter Algenkultur erzielt werden. Durch Selektion neuartiger Algen könnte eine Erhöhung der Rate um das 10-100 fache gelingen.

Algen produzieren aber nicht nur Wasserstoff, sondern können auch als schnellwachsende Biomasse genutzt werden, um neuartige Kraftstoffe für Verbrennungsmotoren zu entwickeln. Die Biomasse „Alge“ speichert eine große Menge Kohlenstoff aus dem CO₂-Gehalt der Luft und steht somit für die Erzeugung von flüssigen CO₂-neutralen Kohlenwasserstoffen zur Verfügung.