Zu den Schlüsselsubstanzen der chemischen Industrie zählen die 1-Alkene. Diese ungesättigten Kohlenwasserstoffverbindungen kommen im Erdöl vor und sind Grundbestandteile vieler chemischer Produkte. Diesen wichtigen Ausgangsstoff biokatalytisch herzustellen, schien bis heute unmöglich. Das  Spezialchemieunternehmen Evonik scheint dafür nun einen Lösungsansatz gefunden zu haben. Gemeinsam mit Forschern der Universität Graz fanden sie einen Weg,  1-Alkene wie Propen und 1-Buten mithilfe von Enzymen herzustellen. Dabei setzten die Forscher auf kurzkettige Alkansäuren – also gesättigte Fettsäuren – die von Bakterien produziert werden, die beispielsweise in der Buttersäure vorkommen. Über das neue Enzymsystem berichteten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie (2015, Online-Vorabveröffentlichung).

Zwei Jahre ist es her, als das Essener Spezialchemieunternehmen Evonik die Wende zur Nachhaltigkeit einläutete. Für die Umstellung auf nachwachsende Rohstoffe bei der biotechnologischen Produktion wurden Millionen eingeplant und die Forschungsstrategie neu aufgestellt. Gemeinsam mit Wissenschaftlern aus Universitäten suchen Evonik-Forscher  seither intensiv nach einer nachhaltigen Alternative zu den bisher noch erdölbasierten Ausgangsstoffen.  Dazu zählen unter anderem  1-Alkene, also  Kohlenwasserstoffverbindungen wie Propen und 1-Buten. Propen wird beispielsweise bei Evonik für die Herstellung von Superabsorbern genutzt, ein Kunststoff der wegen seiner Fähigkeit Flüssigkeit aufzusauen, in Windeln jeder Art und Verbandmaterial eingesetzt wird. Auch 1-Buten kommt in vielen Polyethylentypen vor und kann als Rohstoff für die Herstellung von Weichmachern genutzt werden.

Erfolgreiche Biokatalyse

Diesen wichtigen chemischen Ausgangsstoff im Biokatalysator nachzustellen, war bislang kaum möglich. Nachwachsende Rohstoffe mittels biotechnologischer Verfahren für die chemische Industrie nutzbar zu machen, ist daher das Ziel der stategischen Innovationseinheit von Evonik – Creavis. Gemeinsam mit Wissenschaftlern der Universität Graz hat das Evonik Industries-Team um Thomas Haas nun ein enzymatisches Verfahren zur Herstellung von Propen und 1-Buten entwickelt. „Das Team hat ein Jahr lang nach einem Enzymsystem gesucht, das die Umwandlung der gesättigten Fettsäuren in 1-Alkene bestmöglich katalysiert – mit Erfolg“, so Thomas Haas.

Bakterien produzieren gesättigte Fettsäuren

Wie das Team um den Grazer Wissenschaftler Kurt Faber in Fachjournal Angewandte Chemie berichtet, dienten ihnen dafür als Ausgangsstoff für die 1-Alkene in der Natur vorkommende kurzkettige Alkansäuren – also gesättigte Fettsäuren, die von Bakterien produziert werden. Konkret handelt es sich dabei unter anderen um Buttersäure. Das neue Enzymsystem namens P450-Monooxygenase OleT katalysiert danach die chemische Reaktion – die oxidative Decarboxylierung von Alkansäuren zu 1-Alkenen – sehr effizient und substratspezifisch. Eine Kaskade aus zwei weiteren Enzymsystemen sorgt dafür, dass die notwendigen Elektronen für die Oxidation vom Sauerstoff der Luft aufgenommen werden. „Nur wenn biotechnologische Prozesse in die chemische Verbundproduktion integriert werden können, lassen sich fossile und biogene Rohstoffströme gleichsam nutzen“, erklärt Haas. Evonik ist daher auch an dem vom BMBF geförderten Projektes „BISON“ beteilt, indem gemeinsam mit Universitäten in Deutschland und Österreich ein Verfahren entwickelt wird, um