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Lignozellulose-Biomasse aus nicht essbaren Pflanzen wie Gras, Blättern und Holz ist reichlich vorhanden und erneuerbar und bietet eine Alternative zu Erdöl für eine ganze Palette von Chemikalien.
Aus nicht-essbaren Pflanzen können nützliche Chemikalien hergestellt werden, etwa als Basis für Kunststoffe, Düngemittel, Biotreibstoffe, Lösungsmittel, Pflanzenschutzmittel und Medikamente. Schweizer Forscher haben nun herausgefunden, wie das alles in einem Aufwasch geht.
«Lignozellulose-Biomasse aus nicht essbaren Pflanzen wie Gras, Blättern und Holz, die nicht mit Nahrungspflanzen konkurrieren, ist reichlich vorhanden und erneuerbar und bietet eine grossartige Alternative zu Erdöl für eine ganze Palette von Chemikalien», heisst es in einer Mitteilung der Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) vom Donnerstag.
Forschungsprogramm «Ressource Holz»
Das wusste man schon. An der EPFL selber sind vor ein paar Jahren im Rahmen des Nationalen Forschungsprogramms «Ressource Holz» Verfahren zur Herstellung verschiedener Stoffe aus Holz und Konsorten entwickelt worden.
Neu ist nun eine Art mikrobielle Montagelinie, in die gleichsam vorne Lignozellulose-Biomasse hineingegeben wird und hinten die verschiedensten Chemikalien herauskommen. Die Diversifizierung erfolgt im letzten Montageschritt, wo verschiedene Milchsäure-fressende Mikroorganismen als kleine Helferlein je eigene chemische Produkte herstellen.
«Laktatplattform»
Die Forscher der EPFL, der Berner Fachhochschule Bern (BFH) und der Universität Cambridge nennen dieses Fliessband «Laktatplattform». Die - mit Worten des Teams - «bahnbrechende Studie» wird in der Fachpublikation «Science» veröffentlicht. Geleitet wurde sie von Robert Shahab, einem Doktoranden der EPFL, der die zündende Idee hatte und sie im Labor von Professor Jeremy Luterbacher durchführte. Die Leitung der Studie übernahm Professor Michael Studer von der BFH.
Die Laktatplattform ist im Wesentlichen ein räumlich getrennter Bioreaktor, in dem mehrere verschiedene Mikroorganismen miteinander koexistieren, die jeweils einen der drei Schritte der Lignozelluloseverarbeitung durchführen.
Aus Holz wird Plastik und Düsentreibstoff
Die Plattform besteht aus einer röhrenförmigen Membran, die eine definierte Menge Sauerstoff durchlässt. Auf der Oberfläche der Röhre wächst ein Pilz, der den gesamten Sauerstoff verbraucht, der die Membran durchdringt und die Enzyme liefert, die Zellulose in Zucker aufspalten. Weiter von der Membran entfernt, und daher in einer Atmosphäre ohne Sauerstoff wachsen die Bakterien, die den Zucker «fressen» und ihn in Milchsäure umwandeln.
Aber die Innovation, die Shahab machte, lag im letzten Schritt. Durch die Verwendung verschiedener Milchsäure-fermentierender Mikroorganismen war er in der Lage, verschiedene nützliche Chemikalien herzustellen. Ein Beispiel dafür ist Buttersäure, die in Biokunststoffen verwendet oder sogar zu einem Düsentreibstoff verarbeitet werden kann.
Rohöl ade, willkommen Holz!
«Die mit der Laktatplattform erzielten Ergebnisse zeigen sehr schön die Vorteile künstlicher mikrobieller Konsortien zur Bildung neuer Produkte aus Lignocellulose», sagt Michael Studer. «Die Fermentierung von Lignocellulose zu vielen verschiedenen Produkten war ein erheblicher Arbeitsaufwand, aber es war wichtig zu zeigen, wie vielseitig die Lactat-Plattform ist», sagt Robert Shahab. «Die Bildung von Laktat und die Umwandlung in Zielprodukte zu beobachten, war eine grossartige Erfahrung, da sie zeigte, dass das Konzept der Laktatplattform in der Praxis funktioniert».
«Das Ziel ist letztlich der Aufbau eines grünen Produktionssektors, der einen anderen ersetzt, der viele Produkte aus Rohöl herstellt», ergänzt Jeremy Luterbacher. «Eine Methode, die Flexibilität und Modularität in die Verfahren bringt, ist ein wichtiger Schritt in diese Richtung».
