Erneuerbare Energie: Dreimal mehr Wasserstoff aus Mais produziert

Wasserstoff gilt als umweltschonender Brennstoff. Ingenieure konnten die Erzeugung des Gases aus Ernteabfällen auf das Dreifache steigern.

Gasrohr einer chemischen Anlage (Archivbild): Elf Enzyme im Einsatz

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Biokraftstoffe haben nicht den besten Ruf. Das liegt auch an dem hohen Aufwand, den man treiben muss, um aus Pflanzen Benzin, Methan oder Wasserstoff herzustellen. Nun berichten Wissenschaftler über große Fortschritte bei der Produktion von Biowasserstoff aus Ernteabfällen.

Forscher um Percival Zhang von der Virginia Polytechnic Institute and State University in Blacksburg haben die Ausbeute verdreifacht. Sie konnte nach eigenen Angaben aus den häufigsten Kohlenhydraten der Pflanzenteile den maximalen Ertrag an Wasserstoff herausholen. Ihr Verfahren, das elf verschiedene Enzyme als Biokatalysatoren nutzt, sei ähnlich produktiv wie die industrielle Herstellung, schreiben die Forscher im Fachblatt "Proceedings of the National Academy of Sciences".

Aus Zucker wird Wasserstoff

Wasserstoff hat im Vergleich zu Methan und anderen Kohlenwasserstoffen den Vorteil, dass bei der Verbrennung nur Wasser entsteht und kein klimaschädliches Kohlendioxid. Das Gas kann auch zum Antrieb von Autos eingesetzt werden - entweder in herkömmlichen Verbrennungsmotoren oder in Brennstoffzellen. Toyota hatte im Juni 2014 das weltweit erste Serienauto mit Brennstoffzellenantrieb präsentiert.

Als Ausgangsmaterial verwenden Zhang und Kollegen Stängel und Blätter von Maispflanzen. Diese behandeln sie in einem bereits bekannten Verfahren mit Enzymen und verdünnter Säure, sodass die langkettigen Kohlenhydrate Zellulose und Xylan in Glucose und Xylose aufgespalten werden. An diese beiden Einfachzucker wird eine Phosphatgruppe gehängt, bevor über weitere Enzymreaktionen der Wasserstoff (H2) freigesetzt wird. Anschließend werden die um den Wasserstoff erleichterten Zuckermoleküle weitgehend recycelt.

Die optimalen Bedingungen für dieses Verfahren fanden die Forscher nicht nur im Labor, sondern auch über mathematische Berechnungen. Aus einer Vielzahl von Versuchsergebnissen erstellten sie ein virtuelles Reaktionsmodell. Darin variierten sie die Anteile der verschiedenen Enzyme und errechneten mit evolutionären Algorithmen die beste Lösung.

Prozess dauert 78 Stunden

Ein Vorteil gegenüber früheren Verfahren sei, dass sie auf ein hitzeempfindliches Enzym verzichteten und so mit einer Reaktionstemperatur von 40 statt 32 Grad Celsius arbeiten konnten, schreiben die Forscher. Die Produktivität sei dadurch vergleichbar hoch wie in der industriellen Biogas- und Wasserstoffherstellung.

Noch dauert der Produktionsprozess allerdings recht lange. Den maximalen Wasserstoffertrag erhielten die Forscher nach 78 Stunden. Sie hoffen aber, künftig hitzestabilere Enzyme nutzen und die Reaktion durch höhere Temperaturen schneller ablaufen zu lassen.

hda/dpa