Biosprit-Forschung Alles auf Alge

In Berliner Labors arbeiten Forscher daran, mit Hilfe von Cyanobakterien den Biotreibstoff Ethanol herzustellen. Ein Praxistest soll schon bald in einer Großanlage in Mexiko erfolgen. Doch der Schritt aus dem Labor in die reale Welt ist problematisch.

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SPIEGEL ONLINE

Die Labors wirken beinahe futuristisch. Die von Leuchtstoffröhren erhellten Regalböden, die fest installierten Laptops zur Kontrolle der Messwerte, die Automaten, die einen Teil der Proben ständig in Bewegung halten. Dabei tun die Cyanobakterien in den zahllosen Glasgefäßen eigentlich nur das, was ihre Vorfahren schon vor rund dreieinhalb Milliarden Jahren auf der Erde taten: Sie wandeln Kohlendioxid in energiereichere Stoffe um - mit Hilfe der oxygenen Photosynthese.

Anders ausgedrückt: Mit Hilfe von Sonnenlicht stellen die winzigen grünen Schwimmer - früher wurden sie Blaualgen genannt - Biotreibstoff her. "Wir haben den Beweis, dass wir zumindest hier im Labor Ethanol produzieren können", sagt Heike Enke im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. Die Wissenschaftlerin ist Co-Chefin der Firma Cyano Biofuels, einer Ausgründung aus dem Biologie-Institut der Berliner Humboldt-Universität.

In ihren Räumen im Stadtteil Adlershof arbeitet die Firma mit rund 40 Mitarbeitern daran, die Einzeller zu schwimmenden Treibstoff-Fabriken zu machen. Die Bakterien eignen sich dafür ganz besonders, haben sie doch eine weit höhere Photosyntheseleistung als Landpflanzen. Die Forscher müssen diejenigen Arten heraussuchen, die besonders viel Ethanol herstellen. Unterstützung für ihre Arbeit haben die Berliner unter anderem vom Bundesforschungsministerium bekommen, außerdem sind Partner aus der Wirtschaft mit an Bord.

Das Thema ist heiß - nicht zuletzt, weil das Renommee vieler anderer Biotreibstoffe in den vergangenen Monaten erheblich gelitten hat. Die Ausweitung der Anbauflächen für Energiepflanzen wie Mais oder Soja ließ weltweit die Lebensmittelpreise steigen, außerdem kamen immer mehr Zweifel an der Nachhaltigkeit der vermeintlich segensreichen Treibstofflieferanten auf. Problematisch ist unter anderem die Düngung, bei der das klimaschädliche Lachgas entsteht. Außerdem begünstigt der Anbau der Energiepflanzen die Abholzung riesiger Waldflächen, vor allem in den Tropen.

Wenige Teams weltweit haben das Know-how

Andererseits haben Biotreibstoff-Enthusiasten große Pläne, möchten mit ökologisch einwandfrei hergestelltem Sprit zum Beispiel die Luftfahrt versorgen und so deren nicht unproblematische Ökobilanz aufpeppen. Auch die US-Navy interessiert sich für das Verfahren - und investierte im September achteinhalb Millionen Dollar in die Arbeit einer kalifornischen Algensprit-Firma.

Es sei schwer, auf einem Fußweg in New York jemanden zu finden, der noch nicht von der Idee gehört habe, aus Algen Energie zu gewinnen - so zitierte das Wissenschaftsmagazin "Nature" im September den Manager der US-Biotechnologie-Firma Solarzyme. Doch tatsächlich haben nur wenige Teams weltweit das Know-how, das einen großtechnischen Einsatz des Verfahrens vorbereiten könnte. Cyano Biofuels sieht sich selbst in dieser Liga - und wird dabei nach eigenem Bekunden unter anderem vom US-Konzern Algenol Biofuels unterstützt. Der wiederum bekommt einen Teil seines Geldes vom Chemiekonzern Dow Chemical, außerdem ist der mexikanische Konzern Biofields mit rund 850 Millionen Euro eingestiegen.

Exotisch klingende Ideen zur Treibstoffproduktion gibt es mittlerweile eine ganze Menge. Die kalifornische Firma Sapphire Energy arbeitet wie das Berliner Team daran, Algen zur Ethanolproduktion zu nutzen. Dafür hat das Unternehmen von Investoren rund hundert Millionen Euro eingesammelt. US-Start-ups wie S9, Amyris, Gevo oder Cobalt Biofuels versuchen sich daran, mit genetisch modifizierten Bakterien und Pilzen Pflanzenabfälle zu synthetischem Benzin zu machen. Auch deutsche Wissenschaftler und Techniker tüfteln an ähnlichen Verfahren, so die Frankfurter Firma Butalco, die mit Hilfe von Hefe Butanol herstellen will, einen Treibstoff, der rund ein Drittel mehr Energie als Ethanol enthält.

Schwierigkeiten beim Schritt aus dem Labor

Außerdem arbeitet US-Genpionier Craig Venter an einem synthetischen Bakterium - das er gezielt mit Genmaterial zur besonders effektiven Treibstoffherstellung ausstatten will. Seine Firma Synthetic Genomics (SGI) kann dabei - abhängig vom erfolgreichen Absolvieren von Zwischenschritten - auf bis zu 300 Millionen Dollar vom Ölkonzern ExxonMobil hoffen. Noch einmal so viel will der Petro-Gigant in die hauseigene Biosprit-Abteilung investieren.

Für manche Mitbewerber ist das Rennen um den Treibstoff aus Algen indessen schon wieder vorbei - zum Beispiel für das US-Unternehmen GreenFuel, das im Mai nach fast zehn Jahren die Forschungsarbeit einstellte. Und auch die Firmen, die noch dabei sind, werden mit einigen Herausforderungen zu kämpfen haben, wenn sie tatsächlich größere Mengen an Algensprit herstellen wollen.

  • Aufbau der Anlagen: Zahlreiche Unternehmen wollen in den kommenden Jahren Testanlagen errichten, die Firma L9 zum Beispiel eine in Brasilien. Und Algenol werde, so berichtet Forscherin Enke, auf einem 40.000-Hektar-Grundstück in Mexiko im kommenden Jahr eine erste Versuchsanlage bauen. Geplant ist die Anlage in der Sonora-Wüste, nicht weit entfernt von der Grenze zu den USA. Dort sollen bald jedes Jahr eine Milliarde Liter Bio-Ethanol entstehen. Das ist wohl eine arg optimistische Zahl - und doch vergleichsweise wenig. Für einen großflächigen Einsatz der Technologie müssten riesige Flächen mit entsprechenden Anlagen zugepflastert werden. In Deutschland werden pro Jahr rund 45 Milliarden Liter Benzin verbraucht, in den USA sind es sogar 150 Milliarden. Nutzungskonkurrenz zu Landwirtschaftsflächen gibt es nicht, wohl aber Ressourcenprobleme bei der Installation der riesigen Anlagen. Sie werden aus Plastikröhren oder Schläuchen zusammengesetzt - die ihrerseits erst einmal hergestellt werden müssen.
  • Wasserversorgung: Klar, die Algen müssen schwimmen, doch worin eigentlich? In den USA wird seit einiger Zeit massiv über den Frischwasserverbrauch von Solarkraftwerken in Wüstenregionen, zum Beispiel in Kalifornien, diskutiert. Dasselbe Problem könnten auch die Hersteller von Algensprit haben. Doch Heike Enke kontert: "Wir haben mit Wasser kein Problem, weil wir mit Meerwasser arbeiten." Die Berliner Forscher haben sich zahlreiche Algenstämme angesehen - und sich für solche entschieden, die auch mit einem hohen Salzgehalt klarkommen. Bei der Ethanolproduktion, so argumentieren sie, entstehe außerdem Süßwasser, das man wieder in die Algenkultur zurückführen könne. Trotzdem sind zumindest massive Pipeline-Systeme nötig, um das Meerwasser zu den Algen zu bringen.
  • Sauberkeit: Im Labor leben die Zellen in steriler Umgebung, zum Teil mehrere Monate am Stück. Doch die Sauberkeit auch im großtechnischen Einsatz hinzubekommen, könnte sich allerdings als schwierig gestalten. Wenn das nicht gelingt, könnten jedoch andere Bakterienarten in den Bioreaktoren dominieren - und die Ethanolproduktion zum Erliegen bringen. Die Cyanobakterien wären tot, bevor sie ihr Werk auch nur halbwegs begonnen hätten.
  • Abtrennung des Ethanols: Wenn die Einzeller erst einmal die gewünschte Menge an Biosprit produziert haben, wie lässt sich der wertvolle Rohstoff eigentlich "ernten"? Darum, so sagt Heike Enke, müssten sich andere Projektpartner kümmern. Möglich sei zum Beispiel eine Art Destillation oder der Einsatz von Membranen.

Alles in allem dürfte der Schritt aus dem Labor in die Welt der Serienproduktion die größte Herausforderung für die Algensprit-Produzenten sein. Nur weil etwas im Labor funktioniert, muss es deswegen nicht automatisch auch den Praxistest bestehen. "Es weiß keiner so recht, was uns erwartet", gesteht auch Forscherin Enke ein.



Forum - Neue Ideen zum Energieproblem?
insgesamt 3491 Beiträge
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Seite 1
AndyH 20.08.2009
1.
Zitat von sysopSchwindende Ressourcen, steigende Preise: Die Frage nach den Energie der Zukunft wird drängender. Welche Ideen sind für Sie zukunftsfähig und Erfolg versprechend?
Kohle ist in Unmengen vorhanden. Alleine die deutschen Braunkohlereviere haben so viel Energiegehalt wie Iraks Ölfelder zusammen. Steinkohle gibt es in Osteuropa, Asien, Australien und Amerika en mass, oft als Tagebau. Öl ist nicht verschwunden. Als Öl gegen 150$ hochspekuliert wurde, fand man in kurzen Abständen neue Lagerstätte. Inzwischen nicht mehr weil wieder spottbillig, also nicht lohnt zu suchen. Die Lager sind randvoll, die Tankschiffe dümpeln als Lager auf hohe See. Gas gibt es mehr als Öl, selbst Norwegen fand neue gigantische gasvorkommen. Russland und Mittelasien hat bald 3 Pipelines nach Westeuropa und Katar kaufte sich eine Flotte Flüssiggastanker zusammen. Methan gibt es als Methanhydrate in unglaublichen Mengen an allen Küsten. Ausreichend für Jahrhunderte. Japan und USA basteln schon am industriellen Gewinnung. Uran und Thorium gibt es ebensfalls für Jahrhunderte. Bislang verbrennt man die Reste des kalten Krieges, was die Preise drückt und sogar gut laufende Minen zur Schliessung zwingt. Strompreis ist nahezu unabhängig vom Uranpreis, deshalb sind Kernkraftwerke langfristig preisstabilisierend. Neue Reaktortypen wie EPR und THTR sowie die Versuche mittels Transmutation zeigen, dass auch in 100-300 Jahren noch genug Energie erzeugt werden kann. Dagegen Biomist wie Hühnerfeder in Energieträger zu verarbeiten ist ziemlich aussichtslos. Einerseits ist es aufwändig und teuer, andereseits mikrige Mengen. Die Bioenergie Thema ist auch sehr leise geworden, nach den Hungeraufständen 2008 und auch die Zwangsbeimischungsunfug hat sich auch relativiert. Alle "alternativen" Energien werden Subventioniert, sind damit wirtschaftsschädlich und nur als ideologische Feigenblattt tauglich.
bluaMauritius, 20.08.2009
2.
Zitat von sysopSchwindende Ressourcen, steigende Preise: Die Frage nach den Energie der Zukunft wird drängender. Welche Ideen sind für Sie zukunftsfähig und Erfolg versprechend?
Seit über 250 Jahren gibt es den Hydraulischen Widder der Gebr. Montgolfiers. Seit 1920 gibt es das UK patent specification für Gaetano Sallusto's Kurzdruck-Wasserkraftwerk mit Kolbenzylindermaschine, daraus ist später auch Gravitations-Resonator entstanden. Es geht darum, dahs eine Kraft (z.B. hydrostatische Kraft) auch wenn nur kurzzeitig präsent, wegen ihres Vektors und ihrer Gröhsse (zB. bedingt durch Steigleitungshöhe und mit Druck beaufschlagte Fläche) dennoch - wie auch andere kurzzeitig wirkenden Kräfte auf anderen Gebieten - eine Bewegung einer berührten Masse bewirkt, wenn diese nachgeben kann (z.B. zum Antrieb eines der Kraft entsprechenden Schwungrades über Kolben, Kolbenstange, Pleuel und Kurbel), -oder ob dies unmöglich sei, weil so ein Kolben (s.o.) nicht 1 cm weit komme. Meinung eines Schamanen, der sofort auf die Linie der Kraftwirkungsleugner eingeschwenkt war (bei SPIEGEL, der neuerdings auch festlegt, was zu erforschen sei und was nicht?? und der eine sachliche] Antwort an alida80 nicht mehr freigab, den Strang einfach abschloss). Man staune: Zitat alida80: --> " Ich bewundere die Geduld, welche viele hier bisher an den Tag gelegt haben. Sie sehen, wozu es geführt hat? Ich hatte einen solchen "Erfinder" in meiner Familie. Interessanterweise hat mich das bewogen, Physik zu studieren. Ein bisschen ist hängen geblieben, denn schon seit meinem Studium sammele ich diese Art von Erfindungen, mache saubere technische Zeichnungen und lesbare Beschreibungen daraus. Irgendwann werde ich auch mal ein Buch darüber schreiben; .... Sie können hier nicht argumentieren, das haben sie alle inzwischen sicher gemerkt. Was sie hier sehen, ist so eine Art Fundamentalismus, der genau einen Lehrsatz kennt: "Wer das Gleiche sagt wie ich ist ein Experte, jeder andere hat mich nicht verstanden (weswegen die Beschreibung der Erfindung ad nauseam wiederholt wird), ist dumm und/oder von meinen Gegnern bezahlt". Mit dieser Art Fundamentalismus kann man nicht diskutieren. Einer von Ihnen hat es mit paradoxer Intervention versucht. Das soll manchmal bei Fundamentalisten klappen, aber hier beißen sie auf Granit. In der Tat finden sich bei diesen Erfindern immer wieder die gleichen Denkfehler: Kraft wird mit Arbeit verwechselt, es existiert ein allenfalls schwurbeliger Energiebegriff, Maßeinheiten und Begriffsdefinitionen werden durcheinander geworfen. Kurz gesagt: die physikalischen Begrifflichkeiten werden nicht verstanden. Einige Beispiele haben sie hier schon gesehen (...) " Zitat Ende.
Roller, 20.08.2009
3.
Zitat von sysopSchwindende Ressourcen, steigende Preise: Die Frage nach den Energie der Zukunft wird drängender. Welche Ideen sind für Sie zukunftsfähig und Erfolg versprechend?
Unser großes Problem ist das 50 Hz Hochspannungsnetz. Elektrizität ist nicht für große Energietransporte geeignet. Dafür ist das hier zigmal besser geeignet:http://www.subbrit.org.uk/sb-sites/sites/h/hydraulic_power_in_london/ Das hat früher in London funktioniert und würde auch heute noch sehr gut in Deutschland funktionieren, zumal der dafür erforderliche Druck kostenlos vorhanden ist. Fuer grosse Leistungen ist es nach wie vor viel! besser, die Energie mit Rohrleitungen als mit elektrischen Kabeln zu uebetragen. Das kommt daher,weil bei einer Rohrleitung das Verhaeltnis von Reibungsflaeche zur uebertragenen Leistung immer kleiner wird mit steigendem Rohrdurchmesser. Bei einem Elektrokabel bleibt dieses Verhaeltnis fast bei jedem Kabeldurchmesser konstant. Es ist daher viel besser kleine Leistungen elektrisch zu uebertragen und grosse Leistungen hydraulisch. Nehmen wir einmal an, wir haetten zwei gleichlange Kabel, eines mit dem halben Durchmesser des anderen und schalten diese in Reihe . Legen wir jetzt eine spannung an, stellt sich ein Spannungsteiler von 1:4 ein, da das duennere Kabel den vierfachen Widerstand hat. Es entstehen in diesem Falle ca. 20% Verluste. Uebertragen wir diesen Fall auf eine Rohrleitung, dann stellt sich jedoch ein Druckteiler von 1:40 ein, da ein Rohr mit doppeltem Durchmesser vierzigmal besser leitet. Es entstehen dann nur noch ca 2,5% Verluste. Das zeigt, dass bei groesseren Durchmessern ein Rohrleitungsnetz mindestens 10 mal stabiler als ein Kabelnetz ist. Bei kleineren Durchmessern ist jedoch das Kabel dem Rohr schnell um ein vielfaches ueberlegen. Der Leitwert des Rohres aendert sich mit d^5,33 und der Leitwert des Kabels aendert sich mit d^2/4 . Hieraus kann man ersehen, dass bei d=1 ist das Rohr jedoch dem Elektrokabel sehr schnell um ein Vielfaches ueberlegen. Wuerde man jetzt bundes -oder europaweit statt des Hochspannungsnetzes ein Hochdruckwassernetz aufbauen, haette man folgende Vorteile.: -ein fast betriebskostenloser Betrieb, ohne CO2 Erzeugung, da der Betriebsdruck in hochgelegenen Staudaemmen kostenlos zur Verfuegung steht. -Vervielfachung des bisherigen Ertrages aus Wasserkraft durch den Hoehengewinn des Drucknetzes. -hydraulische Windräder können Windenergie mit hohem Wirkungsgrad, mit minimalem Aufwand an jeder Stelle in das Drucknetz einspeisen und damit Windenergie grundlastfähig machen. - Da die Energie nicht mehr mit 50 Hz Takt in das Netz eingespeist werden muss, kann der Ertrag aus Windkraft mit hydraulischen Windraedern durch Auslassung des elektrischen Weges mehr als verdoppelt werden. - Hochspannungsleitungen reichen nur bis max. ca. 500km, Rohrleitungen haben jedoch kein Leistungs- und kein Enfernungslimit. - die Verluste im Rohrnetz gehen gegen Null im Vergleich zum Elektrokabel. -keine Verschandelung der Landschaft mit Hochspannungsmasten -dezentrale Energieversorgung zerstört die Monopolstellung der EVU. -das Trinkwasserproblem wird nebenbei gelöst. Obwohl hier durchweg alle die technische Diskussion ablehnen, ("Da wär schon längst jemand drauf gekommen", "Wie oft soll man es denn noch widerlegen?" ) hoffe ich doch endlich mal konkret auf technisch- physikalischer Ebene widerlegt zu werden. Gruß Roller
medienquadrat, 20.08.2009
4.
Zitat von sysopSchwindende Ressourcen, steigende Preise: Die Frage nach den Energie der Zukunft wird drängender. Welche Ideen sind für Sie zukunftsfähig und Erfolg versprechend?
kommt mir vor, wie der lungenkranke Kettenraucher, der auf Mentholzigaretten umsteigt und als Krönung seines wiedererweckten Gesundheitswahns auch noch eine Zigarettenspitze benutzt!
Edgar, 20.08.2009
5.
Zehn Prozent dessen, was als EE-Subvention zum Fenster hinaus geworfen wird, in die Fusionsforschung stecken, und in der nächsten Generation steht Energie in unbegrenzten Mengen zur Verfügung.
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