Mikroben als Kunststoff-Produzenten

Winzig kleine Lebewesen agieren als Nachhaltigkeits-Künstler. In einem Forschungsprojekt stellen Mikroorganismen Bio-Kunststoff her. Ihr Speiseplan: CO2 und elektrische Energie. Auskünfte von Projektleiter Johannes Gescher, Professor für Angewandte Biologie am Karlsruher Institut für Technologie.
Mikroben verwandeln elektrische Energie und CO2 in Bio-Kunststoff: Prof. Geschers Forschungsteam vom KIT. (KIT)
Mikroben verwandeln elektrische Energie und CO2 in Bio-Kunststoff: Prof. Geschers Forschungsteam vom KIT.
Foto: KIT

Herr Prof. Gescher, Sie lassen Mikroben nachhaltigen Kunststoff herstellen. Was sind das für Wesen?

Diese Mikroben verwandeln den Kohlenstoff aus Kohlendioxid mit Hilfe elektrischer Energie in Biomasse, die Grundlage für Kunststoffe. Als wir vor einigen Jahren in einer Fachzeitschrift gelesen haben, dass es solche Mikroorganismen gibt, haben sich unsere Doktoranden auf die Suche gemacht. Überall auf der Welt, wo heißer Schlamm brodelt, haben sie Proben entnommen. Auf den Azoren schließlich entdeckten wir nach zwei Jahren eine Spezies, die unseren Ansprüchen gerecht wird.

Prof. Johannes Gescher (KIT)
Professor Johannes Gescher leitet das Forschungsprojekt "BioElektroPlast" in der Fördermaßnahme "CO2Plus – Stoffliche Nutzung von CO2 zur Verbreiterung der Rohstoffbasis".
Foto: KIT

Warum müssen die Mikroben hitzeresistent sein?

Wir wollen das CO2 direkt aus heißem industriellem Abgas nutzen. Eine vorherige Reinigung und Kühlung des Gases wäre zu aufwändig und zu teuer.

Wie genau geht der Umwandlungsprozess vor sich?

Die Mikroben siedeln auf einer negativ geladenen Kathode – das sind sehr viele: Allein auf einen Daumennagel passen 100 Millionen Mikroben. Auf dieser Kathode bilden sie eine Filmschicht, dort findet der ganze Prozess statt. Unsere Mitarbeiter haben einen rotierenden Scheibentauchkörper erfunden. Er taucht in das Abgas, dort nehmen die Organismen das Kohlendioxid auf. Anschließend werden sie in eine saure Flüssigkeit getaucht, wo sie das CO2 in Biomasse verwandeln – sie wachsen und vermehren sich. Das dauert nur wenige Stunden.

Wie groß ist Ihr Forschungsreaktor?

Zu Beginn haben wir mit einem Behälter von 250 Milliliter experimentiert. Jetzt werden wir eine Anlage mit 10 Litern Fassungsvermögen nutzen. Diese wollen wir dann direkt bei unserem Partner, dem Energieanbieter EnBW, betreiben und dort das Abgas als Kohlenstoffquelle für unsere Organismen nutzen.

Sie betreten mit Ihren Forschungen Neuland. Welches ist die größte Herausforderung?

Es gibt technische und biologische Herausforderungen. So ist z.B. bei der Temperatur und dem pH-Wert, den wir benötigen, die Löslichkeit von Kohlendioxid sehr gering. Wir müssen Prozessbedingungen schaffen, die trotzdem eine effiziente Umsetzung ermöglichen. Daneben möchten wir den Mikroben eine höhere Leistungsfähigkeit antrainieren. Wir müssen dazu verstehen, wie der Prozess im Detail läuft, damit wir ihn verbessern können.

Wie geht es weiter mit Ihrem Projekt?

Wir haben einen Prozess und wissen, dass es klappt. Nach Ende unseres Forschungsprojektes im Jahr 2019 soll er seinen Markt finden. Unser Nachhaltigkeitspartner erstellt dafür Kennziffern, damit das Verfahren wirtschaftlich ist. Im Grunde ist es ein einfaches System: Das Herzstück ist ein produktiver Biofilm, der kann kontinuierlich und ohne großen Aufwand genutzt werden, weil sich die Mikroben ja selbst reproduzieren. Damit können wir auch andere Produkte herstellen, über Bio-Plastik hinaus. Die Palette an produzierbaren Substanzen ist riesig. Sehr viel, was bisher aus Erdöl hergestellt wird, kann künftig aus Kohlendioxid produziert werden - durch Mikroben.

Wie lässt sich das Treibhausgas Kohlendioxid als Ersatz für Erdöl nutzen? Der Beitrag der CO2-Forschungen zu den Nachhaltigkeitszielen der Vereinten Nationen ist ein Thema auf dem 13. BMBF-Forum für Nachhaltigkeit am 9. und 10. Mai in Berlin.