Bakterien machen besseren Biodiesel

Ein Wissenschaftler, der später Präsident von Israel wurde. Bakterien, die für die Produktion von Waffen eingesetzt werden. Forscher, die ein hundert Jahre altes chemisches Verfahren neu interpretieren. Auch wenn es nicht so klingt: Aus all dem entsteht vielleicht demnächst eine neue Quelle für umweltfreundlichen Biodiesel.

Die Geschichte beginnt im Jahr 1914. Der erste Weltkrieg brach aus und Großbritannien benötigte Munition für die Waffen seiner Soldaten. Um die Munition herzustellen, war Kordit nötig. Dieser Explosivstoff verbrennt fast ohne Rauch und eignet sich gut als Treibmittel für diverse Patronen. Um Kordit herzustellen, wird Nitrozellulose mit Nitroglyzerin und Vaseline vermischt. Gibt man nun die Flüssigkeit Aceton dazu, geliert die Mischung und es entsteht Kordit. Nachdem Aceton im 17. Jahrhundert entdeckt wurde, konnte es der Chemiker Robert Boyle aus der Destillation von Holz gewinnen. Um die Mengen herzustellen, die man im ersten Weltkrieg brauchte, war aber ein effizienteres Verfahren nötig. Das fand der Chemiker Chaim Weizmann. Weizmann studierte in Darmstadt und Berlin, bevor er nach Manchester ging und 1910 britischer Staatsbürger wurde. Er wurde Direktor des Munitionslabors der Königlichen Britiscen Admiralität und fand heraus, dass man das Bakterium Clostridium acetobutylicum dazu bewegen konnte, Aceton zu produzieren.

Clostridium acetobutylicum in 1000facher Vergrößerung (Bild: Geoman3, CC-BY-SA 3.0)

Clostridium acetobutylicum kann Kohlenhydrate vergären. Man nimmt zum Beispiel Zucker oder Stärke und lässt dann die Bakterien darauf los. Während der Fermentation entstehen Aceton, Butanol und Ethanol. Etwas Ähnliches passiert auch, wenn Hefe im Bier fermentiert und dabei Ethanol – also Alkohol – erzeugt. Während des ersten Weltkriegs war man vor allem wegen des Acetons an der von Weizmann entdeckten Aceton-Butanol-Ethanol-Fermentation (ABE-Fermentation) interessiert. Weizmann selbst engagierte sich übrigens nach dem ersten Weltkrieg verstärkt in der Politik und wurde 1948 erster Präsident von Israel.

Für die Herstellung von Aceton braucht man heute keine Bakterien mehr. Man verwendet dafür das 1944 entdeckte Cumolhydroperoxid-Verfahren).

Das ABE-Verfahren von Weizmann könnte in Zukunft aber wieder äußerst nützlich werden. Man interessiert sich nicht für das Aceton, sondern es geht darum, Ethanol zu gewinnen. Wissenschaftler der University of California in Berkeley haben das ABE-Verfahren nochmal genau unter die Lupe genommen.

So wie Weizmann vor fast 100 Jahren begannen auch sie mit Zucker. Er wurde mit der Hilfe der Clostridium-acetobutylicum-Bakterien fermentiert und eine Mischung aus Aceton, Butanol und Ethanol entstand. So weit war man auch schon während des ersten Weltkriegs gekommen. Die Biochemiker Harvey Blanch und Douglas Clark aus Kalifornien konnten nun aber das Ethanol vom Butanol und Aceton trennen. Sie verwendeten dazu das in Butter vorkommende Triglycerid Butyrin. Es ist für die Bakterien ungiftig und vermischt sich nicht mit der ABE-Mixtur.

Am Ende gelang es ihnen, den Großteil des Acetons und Butanols vom Ethanol zu trennen. Aber nicht alles – zum Glück! Denn genau die entstehende Mischung aus viel Ethanol und wenig Aceton und Butanol brauchte ihr Kollege, der Chemiker Dean Toste, als Ausgangsmaterial für seinen neu entdeckten katalytischen Prozess. Mit Hilfe von Palladium und Kaliumphospat konnte er die ABE-Mischung in langkettige Kohlenwasserstoffe umwandeln. Genau die Art von Kohlenwasserstoffen, aus denen auch Diesel besteht.

Das erweiterte ABE-Verfahren erlaubt es also, Biodiesel aus Zucker und Stärke herzustellen. Ethanol wird auch jetzt schon als Kraftstoff eingesetzt, ist allerdings vergleichsweise wenig effektiv. Der neue Biodiesel dagegen ist effektiver. Aus der gleichen Menge an Zucker können die Forscher aus Kalifornien mehr nutzbare Energie herausholen als bei Ethanol. Außerdem können hier Rohstoffe wie Gras oder Pflanzenabfälle verwendet werden, die nicht für die Ernährung benötigt werden.

Ein Problem bleibt allerdings noch. Bis jetzt hat man nur ein paar Liter Diesel im Labor hergestellt. Bis zu einer industriellen Produktion werden noch fünf bis zehn Jahre vergehen.

Florian Freistetter

Florian Freistetter ist Astronom. Er promovierte am Institut für Astronomie der Universität Wien und hat danach an der Sternwarte der Universität Jena und dem Astronomischen Rechen-Institut in Heidelberg gearbeitet. Zur Zeit lebt er in Jena, arbeitet dort an der Dynamik der extrasolaren Planeten, ärgert sich mit den Details der DFG-Antragstellung herum und bloggt über Wissenschaft.

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