Angesichts der Kosten für den Bau einer neuen Infrastruktur und die Anpassung an unbekannte Stromquellen werden wir wahrscheinlich bald nicht mehr auf fossile Brennstoffe verzichten. Was ist die nächstbeste Lösung? Bestehende Kraftstoffe umweltfreundlicher und erneuerbarer machen.
Das ist die Idee hinter neuen Arbeiten von Wissenschaftlern am Imperial College London und der Universität von Turku in Finnland, die photosynthetische Bakterien dazu bringen wollen, Sonnenlicht in Propangas umzuwandeln. Die Technologie ist noch lange nicht kommerziell einsetzbar. In einem ersten Schritt gelang es dem Team jedoch, E. coli, ein in unserem Verdauungssystem vorkommendes Bakterium, dazu zu bringen, kleine Mengen motorfertigen Propans herzustellen.
Traditionell entsteht Propan als Nebenprodukt der Erdgas- und Erdölverarbeitung. Es wird aus Erdgas entfernt, um den Transport entlang unter Druck stehender Pipelines sicherer zu machen, und Erdölraffinerien produzieren es, wenn sie Erdöl in Benzin oder Heizöl aufspalten.
In einem dreistufigen Verfahren setzten die Wissenschaftler Enzyme ein, um zunächst Fettsäuren in E. coli freizusetzen, die normalerweise zur Herstellung von Zellmembranen verwendet werden. Eine davon, Buttersäure, wurde dann mit einem anderen Enzym in Butyraldehyd umgewandelt - ein Derivat des Butans. Schließlich wandelte das Team den Butyraldehyd in Propan um. Die Anregung des umwandelnden Enzyms mit Elektronen beschleunige den Prozess, so das Team.
Das kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Communications beschriebene Projekt steckt noch in den Kinderschuhen. Aber Patrik R. Jones, einer der Autoren der Zeitung, sagt, die Methode sei einfacher als ähnliche Versuche, mit lebenden Organismen Treibstoff zu erzeugen. Hefe oder Bakterien spielen eine Rolle bei der Herstellung von Ethanol aus Zucker oder Mais, und künstliche photosynthetische Bakterien erzeugen Diesel aus Getreide. Ethanol wird heute in den USA häufig zu Benzin hinzugefügt, hauptsächlich dank staatlicher Subventionen und Anreize. Von Bakterien stammender Biodiesel wurde jedoch noch nicht in großem Umfang eingesetzt, was vor allem auf anhaltende Kosten- und Effizienzprobleme zurückzuführen ist.
"Im Fall von [photosynthetischem] Biodiesel gibt es viele Schritte in diesem Prozess, und jeder dieser Schritte hat einen Nachteil in Bezug auf die Effizienz", sagt Jones. „Wenn wir die Anzahl der Schritte zumindest theoretisch reduzieren könnten, könnten wir einen effizienteren Prozess haben.“
Der Fokus auf Propan im Gegensatz zu anderen Brennstoffen vereinfacht auch den Prozess, da sich Propan aufgrund seiner kompakten chemischen Struktur leicht von den Zellen des Organismus abtrennt. Ethanol, das aus Mais, Zucker und anderen Pflanzen gewonnen werden kann, muss in einem energieintensiven Prozess physikalisch von Wasser getrennt werden. Gegenwärtige Verfahren zur Gewinnung von Dieselkraftstoff aus Algen umfassen das Aufbrechen ihrer Zellen und das Abtöten der Organismen, die den Kraftstoff herstellen. Mit Propan kann der Kraftstoff abgetrennt werden, ohne E. coli zu zerstören.
Propan ist einfach als Gas zu sammeln und dennoch sicherer zu lagern als Wasserstoff, der als Gas sehr gefährlich ist, insbesondere wenn er mit Luft gemischt wird. Laut Jones wurde es auch ausgewählt, weil es für den Transport leicht zu verflüssigen ist und mit der vorhandenen Infrastruktur kompatibel ist. Propan wird in den USA hauptsächlich für Außengrills verwendet, es wird jedoch auch zum Antreiben von Gabelstaplern und Bootsmotoren verwendet. Autos können sogar auf Propangas umgerüstet werden; Der Prozess ist im Vereinigten Königreich ziemlich verbreitet, wo die Gaspreise viel höher sind als in den Vereinigten Staaten.
Das Team setzt E. coli in diesem Stadium ein, weil es einfach ist, damit zu arbeiten, sagt Jones. Aber schließlich hoffen die Forscher, den Prozess von E. coli in photosynthetische Bakterien umzuwandeln, so dass das Sonnenlicht die Energie liefert, die die Zellen antreibt, anstatt die Nahrung für die Nährstoffe, die E. coli benötigt . Dies wird die Anzahl der Schritte in dem Prozess erneut verringern, aber es bleibt noch viel Arbeit zu tun, bevor die Wissenschaftler zu diesem Punkt gelangen.
"Nur theoretisch perfekte oder nahezu theoretisch perfekte Systeme werden jemals eine Chance haben, kommerzialisiert zu werden", sagt Jones. „Aus diesem Grund ist es wichtig, zu versuchen, [einen Prozess] zu erreichen, der so gut wie möglich funktioniert.“ Derzeit müssen sie nach Schätzungen von Jones 1.000- bis 5.000-mal mehr Kraftstoff aus ihrem Prozess produzieren, bevor die Industrie Interesse zeigt. Ab diesem Zeitpunkt müssten weitere technische Maßnahmen und Verbesserungen durchgeführt werden, bevor sie als Alternative zu vorhandenen fossilen Brennstoffen wirtschaftlich rentabel werden könnten.
"Einige Probleme liegen in den von uns verwendeten Enzymen", sagt Jones. „Wir müssen also nach alternativen Enzymen suchen oder die vorhandenen Enzyme verbessern, und das sind große Projekte für sich.“
Es ist klar, dass wir in naher Zukunft weder Autos fahren noch Burger mit Propan von Bakterien und der Sonne grillen werden. In einem Artikel des Imperial College in London hofft Jones jedoch, dass der Prozess in den nächsten 5 bis 10 Jahren wirtschaftlich durchführbar wird.
Selbst wenn diese Schätzung großzügig ist, könnte die solarbetriebene Propanproduktion rechtzeitig fertig sein, um die Umstellung von schmutzigen Kraftstoffen auf umweltfreundlichere Alternativen zu beschleunigen.
