Synthesegas Synthesegas als Fermentationsrohstoff – ein Etappensieg ist errungen

Autor / Redakteur: Anke Geipel-Kern / Dipl.-Medienwirt (FH) Matthias Back

Könnte man Synthesegas direkt zur Fermentation verwenden, wäre das ein gewaltiger Schritt in Richtung Rohstoffflexibilität. Evonik bringt Bakterien jetzt zum ersten Mal dazu, Synthesegas aus Abgasströmen in eine Spezialchemikalie umzuwandeln.

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Sauerstoff ist Gift für die Synthesegas verwertenden Bakterien. Darum darf der Laborant nur über Gummihandschuhe eingreifen.
Sauerstoff ist Gift für die Synthesegas verwertenden Bakterien. Darum darf der Laborant nur über Gummihandschuhe eingreifen.
(Bild: Evonik)

Im Märchen vom Rumpelstilzchen spinnt die schöne Müllerstochter nach Intervention eines Männleins in ihrer Kammer Stroh zu Gold. Bei Evonik in Marl gibt es zwar keine hexenden Männlein, aber die Laboratorien der Creavis beherbergen Forscher, die sich einem Vorhaben widmen, das ähnliche Dimensionen wie das Stroh-zu-Gold-Verfahren der Müllerin entwickeln könnte.

Dem Team um Biotechnologieleiter Dr. Thomas Haas ist es jetzt zum ersten Mal gelungen, Synthesegas in eine Spezialchemikalie umzuwandeln. Die spielt als Vorstufe für Acrlyglas eine entscheidende Rolle im Syntheseprozess, was das Interesse von Evonik erklärt – das Unternehmen stellt jedes Jahr mehrere 100.000 Tonnen des Kunststoffs her. Ein günstiger Rohstoff wie Synthesegas, das in unterschiedlichen Zusammensetzungen aus den Schornsteinen der großen Koksöfen und Stahlwerke des Ruhrgebietes herausgepustet wird, könnte sich hier zum echten Wettbewerbsvorteil entwickeln.

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Noch ist es nur eine kleine Menge, die den Bakterien abgerungen werden kann. Doch die NMR-Spektren, die Haas präsentiert, sprechen eine deutliche Sprache. Zu sehen sind die typischen Ausschläge von 2-Hydroxy-Isobuttersäure, kurz HIBS genannt, und damit der schlagende Beweis für alle Zweifler. „Wir haben es geschafft, eine hochreine Spezialchemikalie unter sicheren Bedingungen aus Synthesegas zu herzustellen“, sagt Haas.

Zwei Jahre hat es gedauert, die Bakterien auf die Gasmischung zu trainieren und das Genom mit der HIBS-Information zu stabilisieren. Wie das gelungen ist und welche Bakterienmischungen verwendet werden, ist Betriebsgeheimnis. Nur so viel will Haas preisgeben: Die natürlichen Synthesegas verwertenden Bakterien gewinnen Energie aus der Erzeugung von Säuren und leben häufig anaerob.

„Den Mechanismus der Erzeugung von Säuren haben wir uns dort abgeschaut.“ Deshalb würde ein industrielles Produktionsverfahren eher einem Biogasfermenter gleichen, denn einer klassischen Fermentation. „Wir arbeiten mit Bakterien, die an Bedingungen angepasst sind, an denen alle anderen Bakterien sofort scheitern. Man braucht also keine Edelstahlfermenter und keine besonderen Sterilitätsanforderungen.“

Chemiker träumen seit langem davon, Synthesegas selektiv zu reinen Chemikalien umzusetzen. Bisher ist das nicht gelungen. „In allen bekannten chemischen Prozessen entstehen Mischungen aus kurz- und langkettigen Kohlenwasserstoffen, die hinterher mit großem Aufwand wieder getrennt werden müssen“, erklärt Haas. Das Phantastische an dem jetzt in die entscheidende Phase getretenen Fermentationsverfahren sei die Tatsache, dass die Natur alles liefere: „Wir müssen gar nichts mehr erfinden. Die Informationen, wie man Synthesegas aufnimmt und umwandelt, sind in der Erbinformation der Bakterien bereits vorhanden.“

Rohstoffflexibilität ist ein großer Gewinn

Warum das so ist, lehrt ein Blick in die Frühgeschichte der Erde. Haas: „Vor rund 3,5 Milliarden Jahren bestand die Atmosphäre aus Wasser und Synthesegas. Das Leben selbst ist in diesem Milieu entstanden. Die Informationen, wie man Synthesegas aufnimmt und umwandelt, sind in der Erbinformation noch vorhanden.“ Selbst die Wassergasshift-Reaktion, die den Anteil an Kohlenstoffmonoxid im Gas-Strom senkt und dafür den des Wasserstoffs erhöht, ist im Bakteriengenom bereits hinterlegt.

Die daraus erwachsende Rohstoffflexibilität ist laut Haas ein großer Gewinn. Denn Synthesegas ist ein Intermediat und erst einmal Rohstoff neutral. Es kann aus Biomasse, Haushaltsabfällen, Erdgas oder Kohle entstehen. Auch momentan noch reichlich visionäre Szenarien sind für Haas denkbar: „Man könnte CO2 aus der Atmosphäre fischen und mit elektrolytisch erzeugtem Wasserstoff zu Synthesegas umsetzen.“ Durch Metabolic Engineeríng neue Stoffwechselwege in Zellen einzuschleusen und diese so zu Reaktoren umzufunktionieren, ermöglicht elegante, schlanke Synthesen. Das zeigt der Vergleich des Biotechnologie- mit dem traditionellen ACH-Sulfo-Prozess zur Methylmethacrylat-Herstellung.

Ganze Prozessschritte, wie die Umsetzung mit Schwefel- und Salzsäure, könnten wegfallen und damit die Notwendigkeit, apparativ aufwändige Säurespaltprozesse zu betreiben. Aber das ist Zukunftsmusik, denn noch sind die Bakterien zu unproduktiv. Deshalb geht es erst einmal darum, ein industriell nutzbares Verfahren zu entwickeln. „Und da liegt noch ein weiter Weg vor uns“, weiß Haas.

* Die Autorin ist leitende Redakteurin der PROCESS. E-Mail-Kontakt: anke.geipel-kern@vogel.de

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