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Universitätsdruckerei

Wasserstoff durch Mikroalgen

Wasserstoff soll helfen, unsere Energieprobleme zu lösen. Methoden zur umweltfreundlichen Erzeugung des Energieträgers erforschen Kieler Wissen­schaftler am Botanischen Institut.

»Es ist nicht so, dass wir die Lösung für die Energie­probleme der Welt gefunden haben. Aber es ist ein Lösungsansatz und zudem ein sehr verlockendes Prinzip.« Das Prinzip, von dem Professor Rüdiger Schulz-Friedrich spricht, ist die Fähigkeit bestimmter Mikroalgen, der Cyanobakterien und Grünalgen, mit Hilfe der Sonnenenergie Wasserstoff zu erzeugen. Dieser könnte zum Beispiel in Brennstoffzellen zur Stromerzeugung genutzt werden. Auch als Energie­träger für Kraftwerke oder Kraftstoff für Autos ist Wasserstoff prinzipiell einsetzbar. Technologien zur Nutzung von Wasserstoff sind mittlerweile weit fort­geschritten. Wenn sich die Technologien durchsetzen, wird der weltweite Bedarf an Wasserstoff steigen. Bisher wird das Gas hauptsächlich aus fossilen Brennstoffen hergestellt.

Die Herstellung von Biowasserstoff mit Hilfe von Mikroalgen bietet jedoch zwei entscheidende Vorteile, sagt der Kieler Biologe, der sich bereits seit 15 Jahren mit der Thematik befasst: »Wir verwenden die regenerative Energieform, das Sonnenlicht. Die Photosynthese ist der effizienteste Lichtsammelprozess, den es gibt. Und die Umweltbelastung der an die Photosynthese gekoppelten Wasserstoffproduktion ist äußerst gering. Denn unser Prozess ist kohlendioxid-neutral. Es wird kein zusätzliches Treibhausgas produziert. Als "Abgas" entsteht allein Wasserdampf.«

Doch noch ist alles Zukunftsmusik. »Um wirklich zu einer Produktion zu kommen, dauert es noch acht bis zehn Jahre. Bis die Produktion in großem Maßstab möglich ist, werden vermutlich 20 bis 25 Jahre vergehen«, so der Leiter der Abteilung Physiologie und Biotechnologie der pflanzlichen Zelle am Botanischen Institut. Zur Zeit beschäftigten die Wissenschaftler vor allem zwei Probleme: Natürlicherweise bilden Cyanobakterien und Grünalgen keine ausreichenden Mengen Wasserstoff, um auch nur den Energieaufwand für ihre Haltung zu decken, geschweige denn einen brauchbaren Überschuss zu produzieren. Außerdem reagieren die Enzyme, die die Wasserstoffproduktion vermitteln, die Hydrogenasen, empfindlich auf Sauerstoff.

»Wenn wir Photosynthese und Wasserstoffproduktion parallel ablaufen lassen wollen, ›beißt sich die Katze in den Schwanz‹. Denn bei der Photosynthese entsteht immer auch Sauerstoff und dieser bremst derzeit noch die Wasserstoffproduktion.« Ziel aktueller Forschungsarbeiten ist daher, Produktionsstämme von Mikroalgen zu entwickeln, die eine höhere Wasserstoffausbeute erlauben und deren Hydrogenasen resistenter gegenüber Sauerstoff sind. Dabei gehen die Wissenschaftler mehrgleisig vor. Sie versuchen einerseits, das Enzym gentechnologisch so zu verändern, dass der Sauerstoff dort keinen Schaden anrichten kann. Zudem wollen sie bestehende Mikroalgen-Sammlungen – eine umfangreiche gibt es zum Beispiel in Göttingen – daraufhin absuchen, ob es natürliche Stämme gibt, die besser als die bisher verwendeten sind.

Im Vordergrund steht zur Zeit noch die Grundlagenforschung. Warum produzieren die Organismen Wasserstoff? Wie machen sie das? Schulz-Friedrich: »Es muss noch viel erforscht werden. Je mehr wir wissen, desto besser können wir das System nutzen.« Dass die Arbeitsgruppe ihre Forschungsaktivitäten jetzt intensivieren kann, verdankt sie unter anderem der Förderung durch die Linde AG. Darüber hinaus finanziert das Ministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Kultur des Landes Schleswig-Holstein zusammen mit der Innovationsstiftung Schleswig-Holstein ein Kooperationsprojekt mit dem Elmshorner Unternehmen »BlueBioTech GmbH« . Zusammen mit dem Biotechnologie-Unternehmen soll ein größerer Bioreaktor aufgebaut und getestet werden.

Neben Cyanobakterien und Grünalgen gibt es noch weitere Bakterien, die Wasserstoff produzieren. Sie benötigen aber immer chemische Verbindungen oder organische Substanzen als »Futter« und stoßen damit an Grenzen. »Man kann zum Beispiel aus Abfällen der Zuckerindustrie Wasserstoff produzieren. Angenommen man nutzt die gesamten Abfälle der deutschen Zuckerindustrie, um Wasserstoff herzustellen, dann könnten mit der produzierten Wasserstoffmenge 10.000 Autos ein Jahr lang durchschnittlich 15.000 Kilometer fahren. Das hört sich viel an, wird aber nicht unsere Energieprobleme lösen.« Die Organismen, mit denen die Kieler Arbeitsgruppe arbeitet, koppeln dagegen die Wasserstoffproduktion direkt an die so genannte oxygene Photosynthese, bei der Sauerstoff entsteht. Die Organismen benötigen also in erster Linie Licht und Wasser, um den wertvollen Energieträger Wasserstoff zu bilden. (ne)

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