Technische Universität Kaiserlautern Benzinalternative: Kraftstoff durch bioelektrochemische Verfahren

Forscherin baut Reaktor, in dem Bakterien Butanol produzieren.
Forscherin baut Reaktor, in dem Bakterien Butanol produzieren.

Eine Alternative zu herkömmlichem Benzin sind Kraftstoffe, die aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden. Die TU Kaiserslautern forscht an Benzinersatz, welcher mithilfe von Bakterien produziert wird. Diese Methode ist bereits bekannt, jedoch nicht in Verbindung mit elektrochemischen Verfahren.

Menschen setzen seit jeher bei der Herstellung vieler Lebensmittel auf Mikroorganismen: Beim Bierbrauen beispielsweise oder bei der Herstellung von Käse und Joghurt. Pilzkulturen und Bakterienstämme vergären dabei bestimmte Zucker, wodurch u. a. Alkohol (alkoholische Gärung) oder Milchsäure (Milchsäuregärung) entsteht.

Pilze und Bakterien kommen nicht nur in der Lebensmittelproduktion zum Einsatz, sondern werden auch bei der Herstellung von Medikamenten, Kunststoffen oder Kraftstoffen verwendet. Industrieunternehmen setzen dabei v. a. auf nachwachsende Rohstoffe. Viele pflanzliche Stoffe können als Ausgangsstoffe genutzt werden: Mikroorganismen zersetzen beispielsweise Holzfasern in verschiedene Zucker. 

Die TU Kaiserslautern erforscht die Herstellung von Butanol durch Mikroorganismen. Der organische Alkohol Butanol ist in seinen chemischen und physikalischen Eigenschaften dem Benzin sehr ähnlich, deshalb ist Butanol als Kraftstoff interessant. Butanol kann direkt anstatt Benzin genutzt werden. Für die Gärung wird der Bakterienstamm “Clostridium acetobutylicum” verwendet. Clostridium acetobutylicum wandelt Zellulosefasern von Holzresten oder anderen pflanzlichen Abfällen in Butanol. Diese Methode ist bereits gut bekannt und erprobt. Die TU verbindet nun diese Gärung mit elektrochemischen Verfahren.  Clostridium acetobutylicum erzeugt Butanol schneller und mit größerer chemischer Ausbeute, wenn ein elektrisches Potential angelegt wird. Die Mikroorganismen nutzen freie 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“, sagt Frau Engel, Doktorandin der TU. „Wir vermuten, dass die Bakterien Nanodrähte bilden und die Elektronen so aufnehmen“, erläutert Frau Engel. Gemeinsam mit Biophysikern des Nano Structuring Centers der TU werden die Bakterien nun mittels Rasterelektronenmikroskop untersucht, um herauszufinden, welche Prozesse auf molekularer Ebene stattfinden.

Die Forschung zur Bioelektrochemie steckt gewissermaßen in den Kinderschuhen. Erst seit rund zehn Jahren arbeiten Wissenschaftler daran, beide Technologien zu verknüpfen. „Es gibt beispielsweise noch keine passenden Bioreaktoren, bei denen elektrochemische Komponenten vorhanden sind. Diese Reaktoren brauche ich aber für die Gärung. Da musste ich selber ein eigenes System bauen“, sagt Frau Engel (Bild).