Evonik fermenter, Rheticus, Corporate Innovation

Rheticus


Künstliche Photosynthese - ein Beitrag zur Energiewende


Die Idee beschäftigt die Forscher der Creavis seit etlichen Jahren: Bakterien zu nutzen, um mittels Fermentation aus Synthesegas, einer Mischung hauptsächlich aus Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2), Spezialchemikalien herzustellen. Synthesegas kann aus den vielfältigsten Quellen, etwa aus Industrieabgasen, gewonnen werden und ist damit überall verfügbar. Ein solches Verfahren hätte viele Vorteile: die Verwertbarkeit von Abgasströmen als Rohstoff für die Herstellung höherwertiger Produkte; das Binden klimaschädlicher Gase; die Umsetzung dieser Rohstoffe unter milden Bedingungen mit hoher Selektivität, wie es Fermentationsprozesse auszeichnet.

In der Bakteriengattung Clostridium fanden die Biotechnologen die geeigneten Produzenten. Es sind anaerobe (unter Sauerstoffabschluss wachsende) Bakterien, die überall auf der Welt vorkommen, vor allem in Böden und im Verdauungstrakt von höheren Lebewesen. Es erwies sich als relativ einfach, Clostridien zur Herstellung von C2-Körpern wie Ethanol oder Essigsäure zu bewegen. Die nächsten Ziele für die Creavis-Forscher waren die Produktion auch längerkettiger Alkohole und organischer Säuren sowie die Weiterentwicklung des Prozesses hin zu einer kontinuierlichen Produktion.

In beiden Bereichen haben sie große Fortschritte erzielt: Inzwischen lassen sich in den biotechnologischen Laboren der Creavis in Marl auch C4- und C6-Körper (zum Beispiel Butanol und Hexanol) mittels Gasfermentation mit hoher Selektivität herstellen, und für C2-Körper gelingt das auch schon in einem kontinuierlichen Prozess. Das ist ein Novum in der Fermentationswelt und gleichzeitig die ideale Voraussetzung dafür, den Prozess mit einer klassischen Chemieproduktion zu verzahnen.

Im Ende 2016 gestarteten und auf drei Jahre angelegten Projekt P2X (im Rahmen der Kopernikus-Initiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung, BMBF) geht es nun darum, ein kontinuierliches Laborverfahren für die Hexanol-Herstellung zu entwickeln. Auch die Kulturmedien für die Gasfermentation mit Clostridien sollen weiter optimiert werden. Vor allem bei Bestandteilen wie Spurenelementen und Vitaminen sehen die Wissenschaftler noch Potenzial, die Wirtschaftlichkeit des Prozesses zu verbessern.

Die mit insgesamt 400 Millionen € ausgestattete und auf zehn Jahre ausgerichtete Kopernikus-Initiative soll die Energiewende in Deutschland unterstützen. Auch Siemens ist mit einem Projekt zur Umwandlung von Kohlendioxid (CO2) aus Industrieabgasen in Synthesegas mittels Strom aus erneuerbaren Energiequellen wie Sonne oder Wind darin vertreten. Ab 2019 sollen Technologien verschiedener Kopernikus-Projekte gekoppelt werden. Siemens und Evonik beschlossen jedoch, sich früher zusammenzutun.

Im Projekt Rheticus, das im Januar 2018 an den Start gegangen ist, wollen sie die CO2-Elektrolyse und die Gasfermentation zu einer Art „künstlicher Photosynthese“ verknüpfen und vom Labormaßstab in eine Versuchsanlage überführen. Die Anlage soll bei Evonik in Marl entstehen. Das Projekt ist zunächst auf zwei Jahre angelegt und wird vom BMBF mit 2,8 Millionen € gefördert. Aus der Verbindung der beiden Technologien ergibt sich die Chance, Strom aus erneuerbaren Energien, der meist dezentral in sehr schwankender Menge anfällt, vor Ort nutzbar zu machen und in Spezialchemikalien umzusetzen.

So liefert die beispielsweise mit Sonnenenergie betriebene Elektrolyse aus CO2 und Wasser Synthesegas, Bakterien produzieren im anschließenden Fermentationsprozess daraus Butanol oder Hexanol – Produkte der Spezialchemie, die etwa für Spezialkunststoffe oder Nahrungsergänzungsmittel benötigt werden. Das Verfahren könnte herkömmliche, fossile Brennstoffe verbrauchende Prozesse ersetzen und die CO2-Belastung der Atmosphäre reduzieren. Auf diese Weise wollen Siemens und Evonik ihren Beitrag zur Energiewende leisten – in Deutschland und weltweit.

CREAVIS, Rheticus, CI

Nature Catalysis

Weitere Informationen  über die wissenschaftliche Abhandlung des Rheticus-Projekts finden Sie im neuen Online-Magazin nature catalysis. Es gehört dem international agierenden Verlag für wissenschaftliche Publikationen und Datenbanken Nature Research an.

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