Pflanzenbasierte Biokraftstoffe wurden anfangs als die Antwort auf alle Probleme angepriesen, die auf herkömmliche fossile Brennstoffe zurückzuführen sind. Der Vorrat ist praktisch unbegrenzt und außerdem neutral hinsichtlich gefährlicher Emissionen für die Umwelt. Aber die Verwendung von Pflanzen führte zu anderen Problemen, die ein Team europäischer Wissenschaftler bewältigen möchte, indem es Wasserorganismen für die Produktion von Brennstoffen aus Sonne, Kohlendioxid und Wasser verwendet. Das Team aus neun Partnern des von der EU finanzierten Projekts DIRECTFUEL (“Direct biological conversion of solar energy to volatile hydrocarbon fuels by engineered cyanobacteria”) ist davon überzeugt, dass sich die Antwort hierfür in Wasserorganismen finden lässt. Das Team entwickelt photosynthetisch aktive Mikroorganismen, die in der Lage sind, Sonnenenergie und CO2 in Kraftstoffe umzuwandeln, die unverändert in Motoren eingesetzt werden können. Pflanzliche Biomasse ist definitiv umweltfreundlicher als fossile Brennstoffe. Die für die Herstellung von Kraftstoff verwendeten Pflanzen stehen jedoch häufig im Wettbewerb mit Nahrungsmittelpflanzen, insbesondere in ärmeren Ländern, wobei der Anbau von Pflanzen für Biomasse auch negative Auswirkungen auf benachbarte landwirtschaftliche Flächen haben kann. Außerdem wandeln Pflanzen Sonnenenergie relativ langsam um.
Die Forschungsarbeiten des DIRECTFUEL-Teams umfassen drei wichtige Schritte:
Identifizierung und Engineering von Enzymen
Metabolic Engineering von Cyanobakterien
und die Entwicklung des Produktionsverfahrens.
Die Zielkraftstoffe sind ungiftig und sind nachweislich mit geringfügig veränderten, aber auch ganz normalen Verbrennungsmotoren kompatibel. Schwerpunkt des Projekts ist die Entwicklung biochemischer Prozesse, die in der Natur nicht vorkommen, mit denen aber Äthylen, Ethan und Propan synthetisiert werden können. Die Forschungsarbeiten des Teams haben bereits durch die Untersuchung der Mechanismen eines potenziellen Enzyms zu einem besseren Verständnis der Faktoren beigetragen, die bei der katalytischen Umwandlung eine wichtige Rolle spielen. Der nächste Schritt ist der Einsatz von Enzym-Engineering, um die Enzyme dahingehend zu “programmieren”, dass sie auf die gewünschten Substrate einwirken. Die Arbeiten an gezieltem Enzym-Engineering bei der Biosynthese flüchtiger Alkane laufen und das Team beschäftigt sich jetzt mit der Manipulation des Stoffwechsels der Wirtsorganismen, um die CO2-Assimilation und damit auch die Ausbeute zu erhöhen. Um den Stoffwechsel von Cyanobakterien zu manipulieren, müssen die Forscher erst einmal verstehen und voraussagen können, welche Veränderungen der biochemischen Prozesse welche Auswirkungen auf den Stoffwechsel haben. Hierfür verwendet das Team ein Computermodell, das von einem der DirectFuel-Partner entwickelt wurde. Das Modell wird im Projektverlauf außerdem verbessert und erweitert, um seine Effizienz beim “vorausschauenden” Engineering zu erhöhen. Ferner wurde ein vorläufiger Verfahrensentwurf erstellt und ein Photobioreaktor in Labormaßstab gebaut. Die Kultivierung der Cyanobakterien kann auf Flächen erfolgen, die für die Landwirtschaft ungeeignet sind. Hierfür werden nur abgeschlossene Container und kein Boden benötigt, sodass der Wettbewerb zwischen Landflächen für Nahrungsmittel und die Kraftstoffproduktion vermieden wird. Es wird noch eine Weile dauern, bis die im Rahmen von DIRECTFUEL entwickelte Technologie marktreif ist, sie dürfte aber erhebliche Auswirkungen auf die Produktion von kohlenstoffbasierten Brennstoffen und Chemikalien haben. Erdgasverbände haben bereits Interesse an den Forschungsarbeiten gezeigt. Das Projekt DIRECTFUEL wurde mit etwa 5 Mio. EUR aus EU-Mitteln finanziert und läuft von 2010 bis 2014. Es wird von der Universität Turku in Finnland koordiniert.
