Expertisen der UseCO2-Netzwerkpartner

Im ZIM-Kooperationsnetzwerk "UseCO2" bringen Partner aus den unterschiedlichsten Fachbereichen ihr Know-How ein, um das im Überfluss vorhandene Treibhausgas CO2 als neue Rohstoffquelle nutzbar zu machen.

Damit unterstützen die Partner aktiv den Wandel von einer erdölbasierten zu einer nachhaltigeren Gesellschaft!

CO2-Nutzung durch Pflanzen

Dass Pflanzen in der Lage sind, CO2 als Kohlenstoffquelle für Synthesen zu nutzen, ist hinlänglich bekannt. In der Pflanzen-Biotechnologie werden sie als Produktionsorganismen verwendet, um gezielt Spezialchemikalien herzu- stellen. Expertise auf diesem Gebiet bringt die Firma Phytowelt Green Technologies GmbH ins Netzwerk ein (www.phytowelt.com).

Kunststoffe aus CO2

Die Gruppe um Professor Rieger vom WACKER-Lehrstuhl für Makromole- kulare Chemie (www.makro.ch.tum.de) befasst sich mit der Nutzung von CO2 um bioabbaubares Polycarbonat zu gewinnen.

CO2 – ein natürliches Markierungsmittel für Pflanzen und Knallgasbakterien

Eine Spezialität im UseCO2-Netzwerk ist die Verwendung von 13CO2 zur Markierung von Zellbestandteilen im Organismus ohne Beeinträchtigung der biologischen Aktivität. Der Ansatz ist deswegen ideal für eine nicht invasive Diagnostik. Er erfordert jedoch komplexe physikalische Methoden zur „Visualisierung“ der markierten Zellbestandteile (www.silantes.com).

Projekt: CO2Lubricants

CO2Lubricants ist der Name eines im Netzwerk UseCO2 entstandenen und vom BMBF-geförderten F&E-Projekts, in dem vier Unternehmen und ein akademisches Institut sich der Aufgabe verschrieben haben, das schädliche Treibhausgas Kohlendioxid als Ausgangsmaterial für die Produktion nachhaltiger Schmierstoffe einzusetzen. Das Kohlendioxid stammt dabei aus Industrieemissionen oder aus der Atmosphäre. Als Produktionsorganismen für die Schmiermittel-Lipide werden Mikroalgen und Hefen eingesetzt (www.useco2.net/presse).

 

 

Synthetische Biotechnologie

Ziel der Synthetischen Biotechnologie ist unter anderem, effiziente Produktionsorganismen zu designen, die neuartige Synthesen erlauben bzw. die auf die notwendigsten Kompo-nenten des Organismus reduziert sind. Beispielsweise könnten diese CO2 als Kohlenstoffquelle verwenden, um Spezialchemikalien herzustellen. Im Netzwerk stellt das Start-up CASCAT Spezialwissen im Bereich der Verkürzung von Syntheserouten zur Verfügung (www.cascat.de).

Der assoziierte Netzwerkpartner ThermoFisher Scientific GENEART ist führender Spezialist in der Herstellung synthetischer Gene und liefert somit die Bausteine für die Anwendung und Etablierung der Synthetischen Bio- technologie (www.thermofisher.com).

Algenreaktoren

Um Algen als Produktionsorganismen effizient nutzbar zu machen, müssen auch Photobioreaktoren, in denen die Algen kultiviert werden, hinsichtlich Beleuchtung, Nährstoffversorgung und Sterilisierbarkeit optimiert werden. Auf diesem Gebiet ist mit dem Partner bbi-biotech Expertise im Netzwerk vorhanden (www.bbi-biotech.com). Das Unternehmen ist Hersteller von autoklavierbaren, aber auch in-situ-sterilisierbaren Algenreaktoren und bietet Anlagen bis 100.000 Liter an. Durch Wellenlängenspezifische Beleuchtungen kann im Laborbereich der Energieaufwand für die Mikroal-genproduktion stark reduziert werden.

Ingenieurdienstleistungen

Da die Idee der stofflichen Nutzung von CO2 als Alternative zu fossilen Rohstoffen relativ jung ist, sind die Prozesse und Verfahren noch nicht bis ins letzte Detail optimiert. Insofern ist die Integration von Ingenieurdienst-leistungen für die Etablierung der stofflichen CO2-Nutzung zur Entwicklung von Produktionskon-zepten von entscheidender Bedeutung. Sei es die Entwicklung solcher Konzepte, der Bau von Geräten, Sondermaschinen oder Prototypen, aber auch die Entwicklung eines automatisierten Fluid-Handlings; der Netzwerkpartner provenion bietet individuelle Ingenieurdienstleistungen aus einer Hand (www.provenion.de).

Nachhaltigkeitsanalysen

Gerade weil zunächst Energie benötigt wird, um CO2 zu reduzieren und den Kohlenstoff für Synthesen verfügbar zu machen, ist es besonders wichtig, die entwickelten Prozesse und Verfahren auf Nachhaltigkeit und die tatsächliche CO2-Einsparung gegenüber anderen Herstellungsprozessen zu analysieren. Die Nachhaltigkeitsanalysen basieren vor allem auf Ökobilanzen (Life Cycle Assessments) und werden im Netzwerk vom nova-Institut durchgeführt (www.nova-institut.eu).

Optimieren von Mikroalgen

Als CO2-nutzende Mikroorganismen werden im Netzwerk unter anderem Mikroalgen verwendet (z.B. im Projekt CO2Lubricants, Beschreibung oben). Diese eignen sich als Produktions-Organismen für Lipide, die in Schmier-mitteln aber auch als Inhaltsstoffe in Kosmetika verwendet werden können. Für die Forschung und Optimierung der Algenproduktion ist Prof. Dr. Brück von der Professur für Industrielle Biokatalyse der TUM im Netzwerk vertreten (www.ibc.ch.tum.de).

Für die Verbesserung von Transport-prozessen in Algen verstärkt Prof. Dr. Nickelsen von der LMU das Netzwerk (www.molplantsci.bio.lmu.de). Vor allem Spezialkenntnisse zur Veränderung von Grünalgen und Cyanobakterien werden eingesetzt, um Ansätze der photoautotrophen Biologie zu ermöglichen.

Power-to-x

Eine vielversprechende Technologie-plattform zur effizienten CO2-Nutzung sind die sogenannten Power-to-x- Technologien, in denen Stromüber-schüsse aus erneuerbaren Energie-quellen genutzt werden. Im Netzwerk nutzt die Firma Electrochaea Archae-bakterien als Biokatalysatoren, welche CO2 und Wasserstoff zu Methan umwandeln können. Dabei werden ungenutzte Stromspitzen eingesetzt, sodass überschüssige erneuerbare Energie in Form von Gas gespeichert wird (www.electrochaea.com).

Audi, assoziierter Partner im UseCO2-Netzwerk, nutzt ebenfalls Stromspitzen aus erneuerbaren Energien, um aus Wasser und CO2 Methan herzustellen (www.audi.de). In Werlte/Emsland hat Audi bereits die weltweit erste Industrieanlage in Betrieb genommen, die nach dem Power-to-gas-Prinzip das Audi e-gas erzeugt (Präsentation).

Chemische und Biotechnologische CO2-Verwertung

Im Fokus des Straubinger Institutsteils Bio-, Elektro- und Chemokatalyse „BioCat“ des Fraunhofer IGB stehen die Entwicklung neuer chemischer Katalysatoren und Biokatalysatoren und deren Anwendung in technisch-synthetischen und elektrochemischen Verfahren. Ausgehend von Substraten wie Biomasse, CO2 sowie Abfallströmen wird das komplette Spektrum der Katalyse genutzt, um nachhaltig und ressourcenschonend neue chemische Produkte herzustellen (www.igb.fraunhofer.de).

Der Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik (TUM) von Prof. Dr.-Ing. Weuster-Botz widmet sich allen Aspekten der technischen Nutzung biologischer Stoffumwandlungen u.a. auch der Erforschung und Entwicklung von Gasfermentationsprozessen zur Herstellung von Chemikalien (www.biovt.mw.tum.de).

An der Regulation von Stoffwechselwegen forscht der Lehrstuhl für Mikrobiologie von Prof. Dr. Liebl, um die CO2-Verwertung in Mikroorganismen optimieren zu können. „Helfer“ bei seiner Forschungsarbeit sind z.B. Lösungsmittel-bildende und Syngas-vergärende Clostridien (www.mibio.wzw.tum.de).