Bakterien produzieren nun Sprit aus Kohlendioxid
(Bild: Nilang Kachare / Shutterstock.com)
Forscher haben ein Verfahren entwickelt, mit dem Mikroben CO2 in nützliche Stoffe umwandeln. Das spart viel Energie gegenüber bisherigen Methoden.
Kohlendioxid fällt in vielen industriellen Anwendungen als Abfallstoff an, der meist noch ungebremst in die Atmosphäre gepustet wird. Weil das aber den Klimawandel verschärft, sucht man nach Wegen, CO2 zu speichern oder als Rohstoff wiederzuverwerten.
Forscher der Universität in Aarhus in Dänemark haben jetzt ein Verfahren entwickelt, mit dem das Klimagas zu Treibstoffen oder anderen Wertstoffen verwandelt werden könnte. Bakterien spielen dabei die entscheidende Rolle. Und das Besondere: Das neue Verfahren spart bis zu 29 Prozent Energie im Vergleich zu herkömmlichen Methoden der CO2-Abscheidung ein.
Die Studie wurde im Fachmagazin nature communication veröffentlicht.
Aminwäsche fängt CO2 ein
Bisher wird CO2 aus Rauchgasen überwiegend durch die sogenannte Aminwäsche eingefangen. Dabei werden die von Staub befreiten Abgase durch eine Flüssigkeit geleitet, die Amine enthält. Diese Chemikalien binden selektiv das CO2, während alle anderen Gase ungehindert hindurchströmen.
Um das eingefangene CO2 als Rohstoff zu nutzen oder in Endlagern zu verpressen, muss es anschließend wieder von den Aminen getrennt werden. Dazu wird die Flüssigkeit meist auf über 100 Grad Celsius erhitzt. Dieser Schritt verschlingt sehr viel Energie – bei Kraftwerken bis zu 30 Prozent des erzeugten Stroms.
Bakterien ersetzen Hitze
Die Forscher Amalie Kirstine Hessellund Nielsen und Mads Ujarak Sieborg haben nun eine Alternative entwickelt: Statt Hitze einzusetzen, lassen sie Bakterien die Arbeit erledigen. Die Mikroorganismen wandeln das CO2 in ihrem Stoffwechsel in nützliche Chemikalien um, zum Beispiel in Methan, den Hauptbestandteil von Erdgas.
Mikroorganismen sind auf den Prozess der Absorption und Umwandlung von CO2 hochspezialisiert und haben diesen Prozess über Milliarden von Jahren verfeinert. Wir nutzen dies in unseren Bioreaktoren. Anstatt also Wärme zu verwenden, fügen wir Mikroorganismen hinzu, die CO2 aus anderen Chemikalien extrahieren können, wodurch wir Geld bei unseren Heizkosten sparen können.
Wasserstoff als Zusatzstoff nötig
Allerdings benötigen die Bakterien neben CO2 auch Wasserstoff als Nahrungsquelle. Wenn der Prozess als nachhaltig gelten soll, müsste der Wasserstoff mit erneuerbaren Energien durch Elektrolyse gewonnen werden. Das verschlechtert allerdings die Energiebilanz etwas. Dennoch sei die Einsparung beträchtlich, so die Forscher.
Die Wissenschaftler erklären den Prozess so: Das CO2 wird zunächst wie gehabt mit Aminen eingefangen und in den Bioreaktor geleitet. Dort zersetzen die Bakterien schrittweise den Amin-CO2-Komplex mithilfe von Enzymen. Als Energiequelle dient der zugeführte Wasserstoff.
Am Ende entsteht Methan (CH4), das etwa als Erdgas direkt ins Gasnetz eingespeist werden kann. Aber auch Essigsäure und andere Stoffe können am Ende des Stoffwechsels der Bakterien stehen. Die regenerierten Amine werden zurück in die Absorptionskolonne gepumpt, um erneut CO2 einzufangen.
Technologie noch am Anfang
Bisher wurde die Bio-Integrated Carbon Capture and Utilization (BICCU), wie die Technik genannt wird, nur im Labormaßstab getestet. Dabei gelang es, Biogas aus einem Motor 25 Tage lang kontinuierlich in Methan umzuwandeln. Die Ergebnisse zeigen das Potenzial der Methode.
Um sie in der Industrie einsetzen zu können, sind aber noch einige Hürden zu überwinden. So müssen geeignete Bakterienstämme gefunden werden, die hohe CO2-Konzentrationen und Verunreinigungen tolerieren. Auch die Aminlösungen müssen an die Bedürfnisse der Mikroben angepasst werden.