Energieträger der Zukunft Bakterien liefern Rekordmengen an Wasserstoff

Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft. Doch noch gibt es gravierende Probleme bei der Produktion. Hilfe kommt jetzt möglicherweise aus dem Meer: US-Forscher haben ein Bakterium entdeckt, das die begehrte Substanz in besonders großen Mengen produziert.

Wasserstoff-produzierende Mikroorganismen: Energieträger als Nebenprodukt
Whitney Curtis

Wasserstoff-produzierende Mikroorganismen: Energieträger als Nebenprodukt


Da die fossilen Brennstoffe schwinden, suchen Wissenschaftler fieberhaft nach Alternativen. Große Hoffnung setzten sie auf Wasserstoff, der als Energieträger zum Einsatz kommen kann. Bei seiner Verbrennung entsteht im Wesentlichen Wasser, Kohlendioxid dagegen nicht ab. Für einen großflächigen Einsatz des Wasserstoffs müssen Forscher allerdings noch einige Hindernisse überwinden. Bei der Nutzung als Treibstoff etwa besteht ein Speicherproblem: Erst bei sehr niedriger Temperatur beziehungsweise hohem Druck wird Wasserstoff flüssig und ist so in ausreichender Menge zu transportieren. Brennstoffzellen, die Wasserstoff effizient nutzen, werden ebenfalls entwickelt.

Ein umweltfreundlicher Energieträger ist Wasserstoff allerdings nur, wenn die Produktion ohne größeren Einsatz fossiler Brennstoffe abläuft. Wissenschaftler arbeiten unter anderem mit Mikroorganismen, die Wasserstoff erzeugen, um dies zu erreichen. Denn Bakterien, die als Nebenprodukt ihres Stoffwechsels Wasserstoff erzeugen, existieren seit Urzeiten.

Ein Team um Anindita Bandyopadhyay von der Washington University in St. Louis berichtet jetzt im Fachmagazin "Nature Communications" von einem Bakterium, das zehnmal mehr Wasserstoff produziert als andere bekannte Mikroorganismen.

"Cyanothece 51142" zählt so den sogenannten Cyanobakterien, einer Klasse ursprünglicher Lebewesen, die die Erde seit mindestens 2,5 Milliarden Jahren besiedeln. Der Mikroorganismus stammt aus dem Meer. Louis Sherman, einer der Co-Autoren der Studie, hat sie 1993 im Golf von Mexiko entdeckt. Cyanobakterien sind - wie Pflanzen - in der Lage, per Photosynthese Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu Kohlenhydraten zu verarbeiten. Cyanothece kann außerdem den Stickstoff aus der Luft umsetzen. Dabei entsteht nicht nur Ammoniak, das die Mikrobe nutzt - sondern als Abfallprodukt auch Wasserstoff.

Bakterium in Schichtarbeit

Diese beiden Prozesse laufen nicht gleichzeitig ab, Cyanothece arbeitet im Schichtsystem: Tagsüber verarbeitet der Organismus im Sonnenlicht Kohlendioxid und füllt seine Speicher. Nachts nutzt es die gewonnene Energie, um sich um den Stickstoff zu kümmern. Selbst unter Dauerbeleuchtung behält die Mikrobe ihren Rhythmus bei, wobei die produzierte Wasserstoffmenge sogar ansteigt, wie die Forscher berichten.

Eine Bakterienkultur mit einem Volumen von einem Liter erzeugt binnen 48 Stunden immerhin 900 Milliliter Wasserstoff, fanden die Wissenschaftler in ihrer vom US-Energieministerium geförderten Arbeit heraus. Als die Forscher die Kohlendioxid-Konzentration in der Luft erhöhten sowie Glycerol, einen auch als Lebensmittelzusatzstoff verwendeten Alkohol, zusetzten, verbesserte sich die Wasserstoff-Erzeugung weiter. Dies sei ein großer Vorteil, da beide Stoffe als Abfall anderer industrieller Prozesse in großer Menge verfügbar seien, schreiben die Wissenschaftler. Glycerin fällt bei der Erzeugung von Biodiesel ab.

Cyanothece ist nicht der einzige Mikroorganismus, der Wasserstoff erzeugt. Allerdings brauchen die meisten davon eine sauerstofffreie Umgebung. Zudem ist die Produktionsrate dieses Stammes nach Angaben der Forscher mindestens zehnmal so groß wie die anderer bekannter Mikroben.

Die Wissenschaftler planen, das Bakterium gentechnisch zu verändern, um die Ausbeute weiter zu verbessern. Von anderen Mikrobenstämmen ist bekannt, dass die Wasserstoffproduktion bis ums 20-fache erhöht werden konnte.

Ob das Cyanobakterium in großem Maßstab als Wasserstofflieferant eingesetzt wird, lässt sich noch nicht sagen. "Wir betreiben Grundlagenforschung", betont die an der Studie beteiligte Jana Stöckel. Es hängt unter anderem von der Entwicklung günstiger Bioreaktoren ab, in denen die Bakterien gehalten werden.

wbr



© SPIEGEL ONLINE 2010
Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung der SPIEGELnet GmbH


Die Homepage wurde aktualisiert. Jetzt aufrufen.
Hinweis nicht mehr anzeigen.