Stärke ist ein wichtiger Rohstoff. Er wird von Pflanzen erzeugt und ist erneuerbar. Dennoch gibt es ein Problem: „Da Stärke aus Kulturpflanzen wie Kartoffeln, Mais oder Getreide gewonnen wird, gibt es den Konflikt zwischen Teller und Tank. Wenn man aus Stärke Kunststoffe oder Energieträger herstellt, greift man notwendigerweise auf Nahrungsquellen zurück“, erklärt Christian Wilhelm, Biologe an der Universität Leipzig. Angesichts der Ernährungsunsicherheiten habe eine stärkebasierte Biotechnologie keine nachhaltige Zukunft.

Glykolsäure statt Stärke

Mit seinen Kollegen hat Wilhelm daher eine nachhaltige Alternative entwickelt, über die die Forscher in der Fachzeitschrift „Plant Biotechnology Journal“ berichten. Anstelle von Stärke nutzen sie dabei Glykolsäure. Diese kann als Ausgangsstoff für Kunststoffe dienen, aber auch als Grundlage für flüssige oder feste Energieträger verwendet werden.

Kein Dünger erforderlich

Als Produktionssysteme setzen die Biologen die Mikroalge Chlamydomonas reinhardtii ein. Diese haben die Forscher so verändert, dass sie zwar mittels Photosynthese Glykolsäure produziert und in ihre Nährlösung ausscheidet, aber keine Energie ins Wachstum steckt. „Wenn keine Biomasse gebildet wird, braucht man keinen Dünger, also Stickstoff, Phosphat oder Kalium. Das spart Energie und schont die Umwelt“, zählt Wilhelm die Vorteile auf. Außerdem gewinne man ohne Biomassebildung pro Fläche deutlich mehr organischen Kohlenstoff, da die Zellen keine Energie für die Umwandlung von Zucker in energiereiche Moleküle wie Proteine und Fette aufwenden müssen. Damit steigt die Effizienz.

Hohe Effizienz und günstige Prozessbedingungen

Die veränderten Mikroalgen setzen den aufgenommenen Kohlenstoff mit einer Effizienz von 82% in Glykolsäure um, ohne dabei an Vitalität zu verlieren. Prozesstechnisch von Vorteil ist zudem, dass die Nährlösung im Kreis geführt werden kann und weder Nährstoffrecycling noch Aufreinigung erforderlich sind. Aufgrund der hohen erzielten Konzentration der Glykolsäure kann die Nährlösung direkt als Glukoseersatz verwendet werden. Der nächste Schritt wäre daher nun der Bau einer Demonstrationsanlage, um die Skalierbarkeit im Realbetrieb zu testen.

bl