Es ist eigentlich eine Idee aus der Raumfahrtforschung der 1960er-Jahre: Könnte man nicht aus den Ausscheidungen von Astronauten – Kohlendioxid und Ammoniak – wieder Proteine für deren Ernährung herstellen? Es wäre eine Art geschlossene Kreislaufwirtschaft im Miniformat. Jetzt kehrt diese Idee zurück: Forscher der Eberhard-Karls-Universität Tübingen haben sich gefragt, ob es möglich ist, einen großen Teil des menschlichen Proteinbedarfs ohne Tierzucht und Pflanzenbau zu decken.

Tierisches Protein ist problembehaftet

„Wir befinden uns mit der derzeitigen Nahrungsmittelproduktion in einer vielschichtigen Krise“, erläutert Lars Angenent den Hintergrund. „Vor allem die Viehhaltung zur Herstellung von tierischem Protein verbraucht viel Landfläche, fossile Rohstoffe, Phosphor und Wasser. Sie führt außerdem zu riesigen Mengen klimaschädlicher Emissionen.“ Hinzu komme, dass die Erzeugung von tierischem Protein vergleichsweise kostspielig und damit für Menschen in sehr armen Ländern kaum erschwinglich sei.

Power-to-Protein-Verfahren als Alternative

Im Fachjournal „Joule“ hat das Team des Umweltbiotechnologen deshalb analysiert, ob es möglich wäre, zumindest tierisches Protein durch Verfahren der Elektrochemie und der Biotechnologie zu ersetzen. Die Idee dabei ist es, Eiweiße mithilfe erneuerbarer Energien und Mikroorganismen direkt aus Grundstoffen wie dem eingangs genannten Kohlendioxid und Ammoniak zu erzeugen. „Bei den Power-to-Protein-Verfahren haben andere Forscher, aber auch der Gruppenleiter Bastian Molitor und ich in Tübingen, elektrochemische und biologische Prozesse in unterschiedlicher Weise verkettet“, erklärt Angenent. „Uns interessiert, wie effizient einzelne Verfahren sind und ob sie sich für unsere Zwecke eignen.“

Proteinreiche Mikroorganismen für den Verzehr

Das Ergebnis der theoretischen Betrachtungen ist positiv. Denkbar wäre es den Forschern zufolge, mittels erneuerbarer Energien Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Bakterien würden diesen Wasserstoff nutzen, um daraus Energie zu gewinnen und diese einsetzen, um Kohlendioxid und Ammoniak zu Proteinbausteinen zu verbinden. Im Vergleich zu bestehenden Methoden der Proteinerzeugung sei dies mit einem niedrigen Energieaufwand möglich. Obendrein wären manche der Mikroorganismen, die zur Produktion der Eiweiße herangezogen werden könnten, sogar direkt verzehrbar – wie beispielsweise Hefe.

Große strukturelle Umbrüche erforderlich

„Wir haben Ideen und Ansätze auf eine zügige praktische Weiterentwicklung geprüft und sehen darin ein großes Potenzial“, resümiert Angenent. „Einer Studie zufolge benötigt man nur rund 2,5% aller erzeugten Energie, um die Menschen weltweit mit Proteinen aus Power-to-Protein-Verfahren zu ernähren.“ Verbunden damit wären allerdings große Umbrüche in den Produktionsabläufen. So müsste emittiertes Kohlendioxid abgefangen und gespeichert werden, entsprechende Mengen erneuerbarer Energien müssten weltweit verfügbar sein und Landwirte von Viehwirtschaft auf den nachhaltigen Anbau von Getreide, Obst, Gemüse oder Nüssen umsteigen.

bl