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 – 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).

Nutzung von CO2 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. Expertisen auf diesem Gebiet bringt die Firma Phytowelt Green Technologies GmbH ins Netzwerk ein (www.phytowelt.com).

CO2-verwertende Mikroorganismen

An der Regulation von Stoffwechsel- wegen forscht der Lehrstuhl für Mikrobiologie an der Technischen Universität München (TUM), 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).

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).

 

 

Optimieren von Mikroalgen

Als CO2-nutzende Mikroorganismen werden im Netzwerk unter anderem Mikroalgen verwendet. Diese eignen sich als Produktions-Organismen für Lipide, die in Schmiermitteln aber auch als Inhaltsstoffe in Kosmetika verwendet werden können. Für die Forschung und Optimierung der Algenproduktion setzt sich der Werner-Siemens Lehrstuhl für Synthetische Biotechnologie (TUM) ein (www.ibc.ch.tum.de).

Für die Verbesserung von Transport-prozessen in Algen verstärkt die Arbeitsgruppe Molekulare Pflanzenwis- senschaften von der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) das Netzwerk. Vor allem Spezialkenntnisse zur Veränderung von Grünalgen und Cyanobakterien werden angewendet, um Ansätze der photoautotrophen Biologie zu ermöglichen (www.molplantsci.bio.lmu.de).

Kunststoffe aus CO2

Um CO2 für die Anwendung in Polymeren nutzbar zu machen, bringt BioInspiration sein Wissens ins Netzwerk ein. Das Unternehmen arbeitet mit internationalen Partnern an der Verbesserung der physikalischen Eigenschaften von Biopolymeren und Bioresinen mittels Nanocompounds oder Nanocomposites. Diese erhöhen nicht nur die Festigkeit, Bruchfestigkeit und Flexibilität von Polymeren, sondern verbessern auch die Leitfähigkeit, Barriereeigenschaften, Transparenz, Flammschutz, Lebensdauer, Wärmleitfähigkeit, 3D-Druckfähigkeit, Viskosität, Selbstheilung und Recyclefähigkeit der Materialien (www.bioinspiration.eu).

CO2 und die Kalkindustrie

Die deutsche Kalkindustrie produziert mit ihren rund 3.000 Beschäftigten circa 6,3 Mio. Tonnen Kalk im Jahr, wobei durch die Branntkalkherstellung prozessbedingt CO2 freigesetzt wird. Der Netzwerkpartner Bundesverband der Deutschen Kalkindustrie (BVK) vertritt fast 100% aller Kalkhersteller in Deutschland. Ins Netzwerk bringt der BVK zum einen CO2 als Rohstoff ein und verfolgt zum anderen Vorhaben, in denen die CO2-Emissionen der Branntkalkherstellung separiert, gebunden bzw. direkt genutzt und/oder in den natürlichen Kohlenstoffkreislauf zurückgeführt werden (www.kalk.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).

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. 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. 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 (www.audi.de).

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. 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 vorhan- den. Das Unternehmen ist Hersteller von autoklavierbaren, aber auch in-situ-sterilisierbaren Algenreaktoren und bietet Anlagen bis 100.000 Liter an. Durch Wellenlängen-spezifische Beleuchtungen kann im Laborbereich der Energieaufwand für die Mikroalgenproduktion stark reduziert werden (www.bbi-biotech.com).

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).