Industrielle Technologien gegen den Klimawandel
Inhaltsverzeichnis
CO2 – vom Problemmolekül zum Rohstoff
Einige unserer fleißigen Helfer. Konfokale Laser Scanning Mikroskopie von Tolypotrix sp. (rot) vergesellschaftet mit Pseudomonas sp. (grün)
CO2 erntet zurecht schlechte Presse, da es als Hauptverantwortlich für den Klimawandel gilt. Es wird als Endprodukt der Verbrennung in gigantischen Mengen freigesetzt und beschleunigt als Treibhausgas maßgeblich die Erderwärmung. Gleichzeitig ist Kohlenstoff eines der wichtigsten Elemente überhaupt und wird in großen Mengen in Biomasse, aber auch in unendlich vielen chemischen Produkten verbaut. Um CO2 wieder als Baustein nutzen zu können, muss allerdings erstmal viel Energie in das Molekül gesteckt werden. Photosynthese betreibende Bakterien und Pflanzen machen genau das, sie nutzen die Sonnenenergie für einen CO2-Upgrade und bauen schlussendlich Biomasse daraus auf. Nun ist es möglich, aus diesem Stoffkreislauf C-Verbindungen abzuzweigen und so beispielsweise Lactat, Bernsteinsäure, oder Alkohole direkt aus CO2 herzustellen - katalysiert durch photosynthetische Zellfabriken.
Einige unserer fleißigen Helfer. Konfokale Laser Scanning Mikroskopie von Cyanothece sp.
An der Professur für Technologie produktiver Biofilme wird an der Erschließung solcher Zellfabriken für die chemische Industrie gearbeitet. Dabei kommen moderne Methoden des Metabolic Engineering zum Einsatz, die es erlauben Zellen so umzuprogrammieren, dass sie statt viel Biomasse, Zielprodukte herstellen.
CO2 - als chemischer Wertstoff zurück in die Wertschöpfungskette
Obwohl die Vermeidung von CO2-Emissionen der Königsweg zur Rettung unseres Klimas ist, wird die Industrie in einer jahrzehntelangen Übergangsphase noch erhebliche Mengen dieses Gases „produzieren“. Um eine Freisetzung von CO2 zu verhindern, entwickeln wir Technologien, um diesen Klimakiller als Rohstoff nutzbar zu machen und ihn in Form chemischer Produkte zurück in die Wertschöpfungsketten zu geben.
An der Professur für Bioverfahrenstechnik arbeiten wir an der mikrobiellen Nutzung von Substraten, die aus CO2 abgeleitet werden können, um sie zu chemischen Wertstoffen umzuwandeln. Wir setzen dabei auf das Molekül Ethylenglykol (man kann sich das als zwei fusionierte Methanol-Moleküle vorstellen), das elektrochemisch aus CO2 produziert werden kann.
Synthetischer Stoffwechselweg (schwarze Pfeile) zur Nutzung von Ethylenglykol und Verteilung von markiertem Kohlenstoff im Stoffwechselnetzwerk.
Leider können natürliche Mikroorganismen dieses Substrat nur sehr ineffizient verwerten. Daher haben wir synthetische (= nicht-natürliche) Stoffwechselwege konzipiert, die die erzielbaren Produkterträge teilweise auf das doppelte steigern. Für die Entwicklung der Produktionsstämme und Fermentationsprozesse setzen wir moderne gentechnische Methoden und mathematische Prozessmodelle ein.
Durch die Mitarbeit unserer Studierenden an diesen Themen, sind sie im Design und der Optimierung von Bioprozessen geschult und kennen sich mit dem Aufbau synthetischer Stoffwechselwege sowie der Kultivierung phototropher Mikroorganismen aus. Zurück zur Studiengangsseite Verfahrenstechnik und Naturstofftechnik