|
Die zunehmende Bedeutung der Biogaserzeugung aus nachwachsenden
Rohstoffen für eine nachhaltige, umweltfreundliche Energieerzeugung
ist Ausgangspunkt des Projektverbundes. Die steigende Nachfrage nach
solchen Anlagen und der stark zunehmende Investitionsbedarf machen
eine Effizienzsteigerung der Prozesse notwendig. Der
energieertragreiche und stabile Betrieb von Anlagen, die mit Silage
aus Mais oder Grünland-Schnittgut ohne Zugabe von Rindergülle
betrieben werden, steht dabei im Focus des Interesses. In diesem
Zusammenhang ist es von übergeordnetem Interesse, schwer abbaubare
Biomasse von marginalen Standorten (z.B. Dauergrünland) möglichst
effektiv für die Methangasproduktion zugänglich zu machen.
Fragestellungen ergeben sich dabei aus der Verzahnung der
unterschiedlichen mikrobiologischen Prozesse bei der Hydrolyse, der
Acidogenese und der Methangasbildung: hierbei sind verschiedene
Mikroorganismengruppen beteiligt, deren Zusammenspiel aufeinander
abgestimmt sein muss. Geschwindigkeits-limitierend für den Abbau
faserstoffreicher Biomasse sind die Hydrolyse der schwer abbaubaren
Fasern, insbesondere der Cellulose, und die langsame so genannte
acetoclastische Methanogenese. Über ein besseres Verständnis der dabei
beteiligten Prozesse hofft die Forschergruppe, den Gesamtprozess
optimieren und die Erkenntnisse zusammen mit der beteiligten Firma in
die Praxis umsetzen zu können. Dadurch würde es möglich, die in großen
Mengen und mit relativ wenig Aufwand zur Verfügung stehende
pflanzliche Biomasse für eine saubere Energiegewinnung besser zu
nutzen.
Die Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe (FNR) fördert ein
27-monatiges Forschungsprojekt von Dr. Wolfgang Schwarz am Lehrstuhl
für Mikrobiologie mit 83.693 Euro, das einen interessanten
Enzymkomplex zum Abbau kristalliner Cellulose halbsynthetisch
nachahmen soll. Das Projekt ist in ein Verbundvorhaben eingegliedert,
das von der DECHEMA (Gesellschaft für Chemische Technik und
Biotechnologie) koordiniert wird: "Neue Enzyme und Enzymsysteme für
den Abbau von Lignocellulose-Komponenten und die nachhaltige
Produktion von Feinchemikalien". Die Arbeiten werden in enger
Kooperation mit der Georg-August-Universität Göttingen und der
Universität Hamburg, sowie mit der Merck KGaA durchgeführt.
Dr. Schwarz untersucht das so genannte Cellulosom, einen Enzymkomplex
des anaeroben Bakteriums Clostridium thermocellum, das kristalline
Cellulose am besten von allen Mikroorganismen abbauen kann. Die
Cellulose in Pflanzenfasern spielt als Zuckerquelle für die
Biotechnologie eine herausragende Rolle, da sie leicht und relativ
billig in großen Mengen hergestellt werden kann. Allerdings ist
Cellulose in der Zellwand der Pflanzen in andere Polymere eingebettet
und stellt darüber hinaus mit ihrer strikt kristallinen Struktur die
hydrolysierenden Enzyme beim Abbau zu Zuckern vor große Probleme.
Die bisherigen industriellen Cellulasen sind an Pflanzenfasern recht
wenig aktiv und müssen mit langen Inkubationszeiten in großen Mengen
eingesetzt werden, was den Prozess unrentabel macht. Daher soll das
sehr viel effektivere Enzymsystem der anaeroben Bakterien, das bisher
nicht industriell hergestellt werden kann, im Labor mit
molekularbiologischen und chemischen Methoden nachgeahmt werden. Dies
soll durch Immobilisierung der Enzyme an Nanopartikeln versucht
werden. Diese Untersuchungen bieten zudem die Möglichkeit, eine Reihe
von bisher ungelösten Fragen des Synergismus von Enzymen mit
identischem chemischem Hydrolysemechanismus aber unterschiedlicher
Strukturpräferenz am Substrat aufzuklären. Dadurch soll eine Anordnung
von definierten Enzymen erreicht werden, die optimal bei der Hydrolyse
der kristallinen Cellulose zusammenarbeiten. Die einzelnen Komponenten
können dann durch rekombinante Gentechnologie in technischem Maßstab
hergestellt und eingesetzt werden, damit die durch die Projektpartner
zur Verfügung gestellten Cellulose-Präparationen optimal zu Zuckern
abgebaut werden können, die dann für die biotechnische Industrie zur
Verfügung gestellt werden können.
|
