25.07.2011

ENERGIEDie Kraft der grünen Brühe

Gentechnisch veränderte Blau- und Grünalgen sollen den Öko-Treibstoff der Zukunft liefern. Biotechniker haben bereits Algen geschaffen, die Ethanol, Rohöl oder sogar Dieselkraftstoff produzieren - die Einzeller benötigen lediglich Sonnenlicht, CO2 und Meerwasser.
Die lebenden Tankstellen des Biochemikers Dan Robertson schimmern dunkelgrün wie Eichenlaub und sind klein wie Ehec-Bakterien. Ihr Erbgut ist von Menschenhand frisiert. Fällt Licht durch ihre Hülle, scheiden sie wenig später tröpfchenweise Treibstoff aus.
"Wir mussten die Organismen erst dazu überreden, das zu tun, was wir wollen", sagt Robertson, Chefforscher der US-Biotech-Firma Joule Unlimited. Stolz schwenkt er eines der mit grüner Flüssigkeit gefüllten Reagenzröhrchen. Der geschäftig wirkende Biochemiker arbeitet in einem schmucklosen Zweckbau am Life Sciences Square der Universitätsstadt Cambridge im US-Bundesstaat Massachusetts.
Sein Labor ist karg möbliert, die Decke brüchig. Und doch geschieht hier Wundersames: Es geht um die Lösung des Weltenergieproblems. Robertson und seine Kollegen haben Blaualgen erschaffen, die Dieselkraftstoff produzieren.
Fachleute schwärmen von einer neuen, grünen Revolution. Mit Gentechnik und raffinierten Zucht- und Ausleseverfahren peppen Biochemiker vor allem in den USA Blau- und Grünalgen zu Winz-Fabriken für Öl, Ethanol oder Diesel auf.
Grüner Algensud schwappt in Zuchtteichen und zirkuliert durch glänzende Bioreaktoren oder pralle Plastikschläuche. Schon tanken erste Autos, Schiffe und Flugzeuge testweise den Algensprit. Investoren wie die Rockefeller-Familie und Microsoft-Gründer Bill Gates setzen Millionenbeträge auf die Kraft der grünen Brühe. "Die industrielle Produktion von Öl aus Algen ist die nächstliegende Möglichkeit, künftig das Erdöl zu ersetzen", sagt Jason Pyle von der kalifornischen Firma Sapphire Energy, die mit Algenhilfe bereits Rohöl herstellt.
Auch die etablierte Ölindustrie ist in das Geschäft eingestiegen. "Kraftstoff aus Algen kann eine entscheidende neue Energiequelle werden", sagt Emil Jacobs, Forschungsvorstand von Exxon Mobil. Der Ölkonzern investiert 600 Millionen Dollar in die Firma Synthetic Genomics des Erbgut-Entschlüsslers Craig Venter.
Die Verheißungen sind groß: Wer als Erster ökologisch nachhaltigen und klimaneutralen Biosprit zu konkurrenzfähigen Preisen anbieten kann, wird nicht nur Milliarden verdienen, sondern noch dazu Geschichte schreiben.
Mit altem Frittenfett zum Betrieb genügsamer Landmaschinen starteten Do-it-yourself-Dieselbarone vor Jahrzehnten das Biospritgeschäft. Inzwischen treibt aus Getreide gewonnenes Ethanol Hunderttausende Autos an. In den USA etwa enthalten mehr als 40 Prozent des Benzins Ethanol-Beimischungen. In Fermentern, so groß wie Zeppeline, entsteht der Stoff, wenn Maische aus Mais oder Roggen mit Hefe gärt.
Doch der Autoschnaps genießt keinen guten Ruf. Weniger als 4000 Liter Ethanol jährlich liefert ein Hektar Maisacker; und jeder Liter davon wird mit rund 8000 Liter Süßwasser erkauft. Außerdem geht wertvolles Ackerland für den Nahrungsmittelanbau verloren. In der vergangenen Saison ernteten die Bauern in den USA erstmals mehr Mais für die Ethanol-Produktion als für die Viehzucht. Der Biospritboom treibt die Lebensmittelpreise nach oben.
Viele Ökologen halten den Anbau von Energiepflanzen daher inzwischen für einen Irrweg. Algen dagegen verbrauchen kein Ackerland. Sonne, Salzwasser, etwas Dünger und Kohlendioxid reichen den genügsamen Winzlingen zum Leben. Weil sie bei der Photosynthese etwa so viel CO2 verbrauchen, wie später beim Verbrennen ihres Öls wieder frei wird, ist Algensprit auch noch klimaneutral.
Verblüffend erscheint auch ihre Produktivität: Wer ein Hektar sonniger Wüste mit Algenbecken vollstellt, gewinnt aus ihrer Biomasse nach einem Jahr fast achtmal so viel Biosprit wie ein Bauer aus Energiemais (siehe Grafik).
Die Firma Sapphire gehört zu den Pionieren der Branche. Firmenchef Pyle hat die Vision, Wüste in fruchtbares Energieland zu verwandeln: "Dazu müssen wir Algen wie Reis anbauen, in flachen Wasserbecken, auf Tausenden Hektar." Nur so könne es gelingen, Algenöl in großen Mengen und zu wettbewerbsfähigen Preisen zu produzieren.
Ein Barrel grünes Rohöl von Sapphire soll künftig zwischen 70 und 100 Dollar kosten - und damit deutlich weniger als Erdöl. Ähnlich wie beim Getreideanbau sind dafür allerdings Hochleistungssorten nötig. Ertrag, Krankheitsresistenz und "Erntefähigkeit" der verwendeten Grünalgen seien optimiert, berichtet Pyle. Schon erproben die Sapphire-Ingenieure ihre grünen Zauberwichtel in einer Kleinanlage in New Mexico. Zusammen mit dem Agrarkonzern Monsanto und dem CO2-Produzenten Linde wollen die Algenbastler auf 120 Hektar bald auch das kommerzielle Geschäft ausloten.
Doch die Sapphire-Algen können nur ein Anfang sein. Denn sie reichern das Öl lediglich in ihrem Innern an. Wer es gewinnen will, muss die Geschöpfe ernten und in einem teuren und aufwendigen Prozess gleichsam auspressen.
Andere Forscher züchten deshalb Algen, die gar nicht erst geerntet werden müssen: Sie schwitzen den Treibstoff der Zukunft gleichsam aus. Die Evolution habe nichts hervorgebracht, was in großem Stil Biosprit aus CO2 produziere, erläutert Biologe Venter: "Deshalb müssen wir es eben bauen."
Im Labor der Firma Joule sind die ersten dieser Wunderorganismen schon zu bestaunen. Zu den Werkzeugen der Bioingenieure gehören Nährmedien, Brutschränke und vor allem Datenbanken, in denen die DNA-Sequenzen Tausender Mikroorganismen verzeichnet sind. In ihnen fahndet Robertson mit seinen Leuten nach vielversprechenden Genschnipseln, die sie anschließend isolieren und in das Erbgut von Blaualgen einschleusen.
Dutzende Varianten der auch Cyanobakterien genannten Winzlinge dümpeln bei Joule in bauchigen Glaskolben. Grüne Suppe füllt kleine Photobioreaktoren, in denen die Blaualgen unter verschiedenen Umweltbedingungen getestet werden."Hier simulieren wir zum Beispiel den Tag-Nacht-Rhythmus von Texas", erläutert Robertson einen der Versuche; in Texas steht eine Pilotanlage der Firma.
Der Aufwand ist enorm. Doch der Erfolg scheint den Genbastlern recht zu geben. Die Joule-Mikrobiologen haben Blaualgenstämme erschaffen, die sogenannte Alkane durch ihre Membran nach außen pumpen, energiereiche Kohlenwasserstoffe, die in Dieselkraftstoff enthalten sind. "Sie müssen die Zelle davon überzeugen, das Wachstum ein- und stattdessen das gewünschte Produkt herzustellen", erläutert der Forscher. Anders als bei Getreide komme am Ende kein minderwertiger Brennstoff, sondern hochreiner Kraftstoff ohne Schwefel und Benzol heraus. Robertson: "Sie können unser Produkt direkt in Ihr Auto tanken."
In Hightech-Bioreaktoren verrichten die Laboralgen nun ihren Dienst. Stetig perlt Kohlendioxid durch die grün schimmernden Paneele, die an Sonnenkollektoren erinnern. Rund 140 000 Liter Biosprit jährlich will Robertson später einmal auf einem Hektar Land gewinnen - 40-mal so viel wie aus Energiemais. Etwa 500 Hektar Wüstenland in New Mexico hat sich Joule gesichert, um eine erste kommerzielle Anlage zu errichten.
Doch werden die Laborgeschöpfe auf dem freien Feld wirklich so gut funktionieren wie im Labor? Berechnungen zufolge dürften manche Algenanlagen mehr Dünger und Energie pro Hektar verbrauchen als der Getreideanbau. Und die Mikroalgen kommen mit dem Kohlendioxid der Luft nicht aus. Forscher schätzen, dass eine kommerzielle Algenspritanlage etwa 10 000 Kubikmeter CO2 pro Tag brauchte. Ob und wie das Gas in dieser Menge beispielsweise aus den Abgasen großer Kohlekraftwerke gewonnen und zu den Algenfarmen gebracht werden kann, ist unklar.
Zudem könnte der Landverbrauch enorm ausfallen. Im Fachblatt "Science" rechneten Forscher der niederländischen Wageningen-Universität unlängst vor, dass theoretisch die Fläche Portugals voller Algenbecken gestellt werden müsste, um den heutigen Treibstoffbedarf Europas zu decken. Ein "Sprung in der Mikroalgen-Technologie" sei notwendig, um die Produktivität mindestens zu verdreifachen, mahnten die Experten.
Pyle und Robertson versprechen diesen Fortschritt. Sie beharren darauf, dass sich mit Algentechnologie künftig ein signifikanter Teil des Energiebedarfs decken lasse. "Unfruchtbares Land mit hoher Sonneneinstrahlung gibt es zweifellos genug auf der Erde", sagt Robertson. Einen großen Vorteil sieht er auch darin, dass Algensprit problemlos in die Pipelines und Raffinerien der Ölindustrie eingespeist werden könnte. Für Autos oder Flugzeuge würde sich nichts ändern.
Dass die Umstellung auf Algensprit aber noch eine Weile dauern wird, räumen selbst die Pioniere ein. Zuweilen sind es ganz profane Dinge, die der grünen Revolution noch im Wege stehen.
Den Züchtern der Firma Sapphire etwa spielen zehnbeinige Gourmets übel mit. "Shrimps finden, dass Algen gutes Futter sind", erzählt Firmenchef Pyle, "wenn wir nicht aufpassen, verwandelt sich unsere Algenzucht ganz schnell in eine Shrimps-Farm."
Von Philip Bethge

DER SPIEGEL 30/2011
Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung der SPIEGEL-Verlag Rudolf Augstein GmbH & Co. KG.

Dieser Artikel ist ausschließlich für den privaten Gebrauch bestimmt. Sie dürfen diesen Artikel jedoch gerne verlinken.
Unter http://www.spiegelgruppe-nachdrucke.de können Sie einzelne Artikel für Nachdruck bzw. digitale Publikation lizenzieren.


DER SPIEGEL 30/2011
Titelbild
Der digitale SPIEGEL
Diese Ausgabe jetzt digital lesen

Die digitale Welt der Nachrichten. Mit interaktiven Grafiken, spannenden Videos und beeindruckenden 3-D-Modellen.
Sie lesen die neue Ausgabe noch vor Erscheinen der Print-Ausgabe, schon freitags ab 18 Uhr.
Einmal anmelden, auf jedem Gerät lesen - auch offline. Optimiert für Windows 8, Android, iPad, iPhone, Kindle Fire, BlackBerry Z10 sowie für PC/Mac.

Abo-Angebote

Den SPIEGEL lesen oder verschenken und Vorteile sichern!

Jetzt Abo sichern
Ältere SPIEGEL-Ausgaben

Kostenloses Archiv:
Stöbern Sie im kompletten SPIEGEL-Archiv seit
1947 – bis auf die vergangenen zwölf Monate kostenlos für Sie.

Wollen Sie ältere SPIEGEL-Ausgaben bestellen?
Hier erhalten Sie Ausgaben, die älter als drei Jahre sind.

Artikel als PDF
Artikel als PDF ansehen

ENERGIE:
Die Kraft der grünen Brühe

Video 00:58

Tödliche Schüsse in Charlotte Polizei veröffentlicht Videoaufnahmen

  • Video "Tödliche Schüsse in Charlotte: Polizei veröffentlicht Videoaufnahmen" Video 00:58
    Tödliche Schüsse in Charlotte: Polizei veröffentlicht Videoaufnahmen
  • Video "Video zu BrangeliNumbers: Hollywoods Powerpaar in Zahlen" Video 00:55
    Video zu BrangeliNumbers: Hollywoods Powerpaar in Zahlen
  • Video "Schlepper: Die Ware Mensch" Video 01:56
    Schlepper: Die Ware Mensch
  • Video "Webvideos der Woche: Beinahe-Katastrophen und sportliche Buckelwale" Video 03:41
    Webvideos der Woche: Beinahe-Katastrophen und sportliche Buckelwale
  • Video "Cybersec: Angriff auf ein Smart-Home" Video 01:50
    Cybersec: Angriff auf ein Smart-Home
  • Video "Fahrrad fährt 144 km/h: Auf dem Highway ist die Hülle los" Video 01:24
    Fahrrad fährt 144 km/h: Auf dem Highway ist die Hülle los
  • Video "Tödliche Polizeischüsse in Charlotte: Nicht schießen, nicht schießen. Er hat keine Waffe" Video 01:24
    Tödliche Polizeischüsse in Charlotte: "Nicht schießen, nicht schießen. Er hat keine Waffe"
  • Video "Nobelpreis für VW: Wer den Schaden hat..." Video 00:59
    "Nobelpreis" für VW: Wer den Schaden hat...
  • Video "Wütende Wahlkämpfer in Georgien: Politiker prügeln sich in TV-Debatte" Video 01:36
    Wütende Wahlkämpfer in Georgien: Politiker prügeln sich in TV-Debatte
  • Video "Griechenland: Kampfhubschrauber-Absturz vor der Küste" Video 00:53
    Griechenland: Kampfhubschrauber-Absturz vor der Küste
  • Video "Flüchtlingscamp Moria auf Lesbos: Wie eine tickende Zeitbombe!" Video 02:38
    Flüchtlingscamp Moria auf Lesbos: "Wie eine tickende Zeitbombe!"
  • Video "Filmstarts im Video: Kampf den Supermüttern" Video 08:02
    Filmstarts im Video: Kampf den Supermüttern
  • Video "Razzia in Polen: Polizei hebt Potenzpillen-Großlabor aus" Video 00:49
    Razzia in Polen: Polizei hebt Potenzpillen-Großlabor aus
  • Video "Brennpunkt Calais: Polizei setzt Tränengas gegen Flüchtlinge ein" Video 01:42
    Brennpunkt Calais: Polizei setzt Tränengas gegen Flüchtlinge ein
  • Video "North Carolina: Protest gegen Polizeigewalt eskaliert" Video 01:14
    North Carolina: Protest gegen Polizeigewalt eskaliert