Proteine und Vitamine lassen sich mit Mikroorganismen aus Kohlendioxid herstellen. Forschende der Universität Tübingen hatten dafür bereits ein zweistufiges Verfahren im Labor entwickelt. Nun haben sie untersucht, ob sich der Prozess auf einen industriellen Maßstab übertragen und wirtschaftlich betreiben ließe. Die technoökonomische Analyse ist in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) erschienen.

Von CO₂ über Acetat zur Hefe

In der ersten Stufe nutzt das wärmeliebende Bakterium Thermoanaerobacter kivui Wasserstoff, um CO₂ unter Luftabschluss in Acetat umzuwandeln. Anschließend dient das Acetat der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae als Ausgangsstoff. Unter Luftzufuhr wächst die Hefe und reichert sowohl Protein als auch Folsäure, also Vitamin B9, an.

Für die neue Studie entwarf das Team um den Umweltbiotechnologen Lars Angenent rechnerisch eine Anlage mit insgesamt 1.750 Kubikmetern Reaktorvolumen. Sie könnte der Modellierung zufolge jährlich 12.900 Tonnen Hefe produzieren. Darin wären rund 5.600 Tonnen Protein und 813 Kilogramm Folsäure enthalten. Die Vitaminmenge würde rechnerisch ausreichen, um 5,6 Millionen Menschen mit der empfohlenen Tagesmenge an Folsäure zu versorgen. Zugleich könnte die Hefe fünf Prozent ihres Proteinbedarfs decken.

Strompreis entscheidend für Wirtschaftlichkeit

Ob sich eine solche Anlage wirtschaftlich betreiben lässt, hängt den Berechnungen zufolge vor allem vom Strompreis und von der Effizienz der Wasserstofferzeugung per Elektrolyse ab. Bei einem angenommenen Verkaufspreis von 20 US-Dollar je Kilogramm folsäurereicher Hefe würde sich die modellierte Anlage nach rund fünf Jahren amortisieren. Unter besonders günstigen Annahmen errechnen die Forschenden einen Mindestverkaufspreis von 4,53 US-Dollar je Kilogramm.

Aufwendiger wird das Verfahren, wenn die Hefe vor allem als umfassende Proteinquelle dienen soll. Dann muss sie zusätzlich behandelt werden, um unter anderem Stoffe zu entfernen, die Gicht begünstigen können. In diesem Szenario steigt der errechnete Mindestverkaufspreis auf 14,24 US-Dollar je Kilogramm. Bei einem Verkaufspreis von 20 US-Dollar würde sich die Anlage nach etwa sieben Jahren amortisieren.

Eine Anlage dieser Größe wurde bislang nicht gebaut. Die Ergebnisse beruhen auf einer technoökonomischen Modellierung des im Labor entwickelten Prozesses. Nach Angaben des Teams ergaben sich dabei keine grundlegenden technischen Hindernisse für eine Skalierung. Weiterer Entwicklungsbedarf besteht insbesondere bei der energieintensiven Wasserstofferzeugung.

ag