„Die drei an dem Projekt beteiligten Forschungsgruppen stehen vor der großen Herausforderung, stabile und zugleich hochselektive Chemo- und Bio-Katalysatoren zu etablieren, die eine wirtschaftliche Herstellung der Massenchemikalien ermöglichen,“ so Projektkoordinator Dieter Bryniok vom Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart. In einem ersten Schritt sollen dazu in einem Membranreaktor mit Hilfe eines noch zu optimierenden Feststoffkatalysators das Methangas und Kohlendioxid zum Zwischenprodukt Formaldehyd oxidiert werden. Diese Untersuchungen werden am Leibniz-Institut für Katalyse an der Universtät Rostock (LIKAT) durchgeführt. Das Formaldehyd wird dann enzymatisch mit einer am IGB aufgereinigten Formaldehyd-Dismutase aus Pseudomonas putida J3 zu Methanol und Ameisensäure umgesetzt. Alternativ wird am LIKAT-Institut auch die rein chemokatalytische Umsetzung von Biogas zu Methylformiat untersucht.
Eine weitere Alternative stellt die enzymatische Herstellung von Formaldehyd mittels einer Methan-Monooxygenase und einer Methanol-Dehydrogenase an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg dar. Eine besondere Herausforderung auf der biologischen Seite ist es, die Langzeitstabilität der Enzyme zu gewährleisten und den für die enzymkatalysierten Reaktionen benötigten Cofaktor NAD/NADH immer wieder zu regenerieren. Zudem müssen sowohl der chemische Feststoffkatalysator als auch die Enzyme so im Reaktionsraum immobilisiert werden, dass die Prozesse getrennt und selektiv mit hoher Ausbeute ablaufen können.
Konkret wollen die Forscher die chemischen und biologischen Prozesse und Reaktionskomponenten zunächst schrittweise für sich entwickeln und erst dann zusammenführen. Für die Chemokatalyse zu Formaldehyd heißt dies zunächst, die optimalen Reaktionsbedingungen auszuloten und geeignete Feststoffkatalysatoren an Membranen des Reaktors zu binden. Von biologischer Seite sollen zunächst die Enzyme in Produktionsstämmen hergestellt, gereinigt und mittels molekularer Modellierung langzeitstabile Versionen hergestellt werden. Auch verschiedene Verfahren der Enzymimmobilisierung werden geprüft, um eine effektive Biokatalyse in der Gasphase zu ermöglichen. (tg)
