Laborjournal 2020-9

| 9/2020 50 SPecial: aRchaeeN Methan ist nicht überall beliebt. Neben Koh- lenstoffdioxid ist das farb- und geruchlose Al- kan eines der wirkungsstärkstenTreibhausga- se – und damit Motor des menschengemach- ten Klimawandels. Gleichzeitig ist das Gas als Biomethan zumHeizen und Betreiben vonVer- brennungsmotoren eine willkommene Alter- native zum fossilen Erdgas. Ob hop oder top, hängt von der Quelle ab. Methan entsteht überall dort, wo Mikroorga- nismen in sauerstofffreier Umgebung Pflan- zenmaterial zersetzen. Sitzen dieseMikroorga- nismen in der Kuh, ist das in die Troposphäre flatulierte Methan Klimakiller. In der Biogas- anlage des gleichen Landwirts hingegen ent- steht feinstes Biomethan, welches – nach Rei- nigung – ins Gasnetz eingespeist werden kann. Dummerweise entsteht in Biogasanlagen ne- ben Methan auch noch bis zu fünfzig Prozent Kohlenstoffdioxid, und davon ist bekannter- maßen sowieso schon viel zu viel unterwegs. Optimierte Biogasproduktion Das muss doch besser gehen, dachte sich vor einiger Zeit wohl auch ein Forscher an der Universität Chicago.„Laurens Mets ist Photo- synthese-Experte undwurde vom Department of Energy in den USA gefragt, wie man das Energieproblem der Welt lösen könne“, sagt Doris Hafenbradl, technische Leiterin und Ge- schäftsführerin des Planegger Biotech-Unter- nehmens Electrochaea. Bei Algen und ande- ren photosynthetisch aktiven Organismen sei Mets nicht fündig geworden, erzählt Hafen- bradl weiter, denn für eine einigermaßen pas- sable Energieausbeute benötigeman Unmen- gen an Platz und Rohstoffen wie etwaWasser. Auf der Suche nachAlternativen stießMets schließlich auf methanbildende Archaeen. Die produzieren auch im Kuhpansen sowie im gärenden Biogasanlagenschlamm Methan. Der Clou aber: Der von Mets und Co. letzt- lich optimierte Prozess entledigte sich mit ei- nem Schlag vieler unerwünschter Nebenwir- kungen der Biogasproduktion.„Damit war die Firmenidee für Electrochaea geboren“, sagt Hafenbradl. Archaeen sind zellkernlose Prokaryoten, wie Bakterien auch. Neben diesen und den Eu- karyoten sind sie damit die dritte Domäne aller Lebewesen. Viele Archaeen sind extremophil, mögen‘s also zumBeispiel extremheiß, salzig oder sauer. Das macht sie oftmals zu Bewoh- nern außergewöhnlicher Habitate, etwa hei- ßer Quellen oder mariner Solen. Die im Labor zur PCR genutzte, hitzestabile Pfu-Polymera- se etwa stammt aus thermophilen Archaeen. Außergewöhnlich sind ebenso die met- hanogenen Archaeen, mit klangvollen Namen wie Methanothermobacter oder Methanococ- cus .„Die können eigentlich nur eine Sache, die aber besonders gut“, schwärmt Hafenbradl. „Konkret ist dies, unter anaeroben Bedingun- gen aus Wasserstoff und CO 2 Methan herzu- stellen – und zwar eine ganze Menge.“ Die Mikrobiologin hat am Archaeenzentrum der Universität Regensburg (sieheWerkstatt-Be- richt auf S. 46-49) promoviert und dort zahl- reiche der speziellen Organismen isoliert und beschrieben. Bis vor sechs Jahren arbeitete sie dann bei verschiedenen Biotech- und Phar- ma-Unternehmen. Seitdem kümmert sie sich wieder um Archaeen. Bei Electrochaea strampeln sich diese Tag für Tag in riesigen Bioreaktoren ab. Bei 65 °C Wohlfühltemperatur katalysieren sie dort die folgende Reaktion: CO 2 + 4 H 2 ––>CH 4 + 2 H 2 O, nach ihrem Entdecker Sabatier-Prozess ge- nannt. Paul Sabatier erhielt für die Beschrei- bung katalytischer Hydrierungen 1912 den Nobelpreis für Chemie. Umgängliche Archaeen Statt sich aber angesichts dieser noblen Historie divenhaft hervorzutun, geben sich die Archaeen recht umgänglich. Das überrasch- te anfangs auch Hafenbradl: „Bei meiner Ar- beit an der Uni hatte ich eigentlich gelernt, dass Archaeen sehr heikel sind und jedes Mo- lekül Sauerstoff sie umbringt.“ Dabei handelt es sich bei dem Stamm von Electrochaea mit- nichten um entsprechend gentechnisch op- timierte Organismen. Stattdessen hatten die Forscher umMets vielmehr via Gewöhnung – beispielsweise an hohe Gasflüsse – besonders robuste Archaeen selektiert und somit den Weg zur industriellen Anwendung geebnet. Woher stammt aber eigentlich der Was- serstoff für die Reaktion? Die Antwort da- rauf ist der eigentliche Clou der Electrocha- ea-Geschäftsidee.„Die ursprüngliche Idee von Power-to-Gas kommt aus der Energiespeiche- rung“, weißHafenbradl. Ökostrom– also Strom aus erneuerbaren Quellen wie Sonne, Wind oder Wasser – hat den großen Haken, dass davon kaum steuerbar mal zu viel und mal zu wenig vorhanden ist. Diese Schwankun- gen lassen sich nur schwer abpuffern; Batte- rien zum Beispiel können Energie nur kurz- zeitig verlustfrei speichern. Was wäre aber, wennman überproduzier- ten Strom in Form von Gas speichern könnte? In einemersten Schritt elektrolysieren die Elec- trochaea-Technologen alsoWasser zu Sauer- und Wasserstoff. Letzteres verstoffwechseln Speicherfähiges Biomethan CO 2 -neutral aus Ökostrom herstellen – das geht nicht? Geht doch, zeigt das Planegger Cleantech -Unternehmen Electrochaea. Dazu nutzen die Technologen den unstillbaren Wasserstoff-Hunger methanogener Archaeen. Echt elektrisierend FiRmeNPoRtRÄt electRochaea, PlaNeGG Die Kultur methanogener Archaeen ist relativ unkompliziert. Werden sie mit Wasserstoff und Kohlendioxid „gefüttert“, produzieren sie in großen Mengen reines Methan. Foto: Sigrid März

RkJQdWJsaXNoZXIy Nzk1Nzg=