5 interessante Mikroorganismen der Weißen Biotechnologie zur industriellen Biomasse-Nutzung

Das Wachstum der Biomasse in der Land-,  Forst- oder Wasserwirtschaft passiert auf ganz natürlichem Wege nach den Gesetzen der Biologie. Sehr vereinfacht gesprochen optimiert der erfahrene Landwirt dann mehr oder weniger intensiv die Rahmenbedingungen dieses natürlichen Prozesses, um die Erträge zu steigern. Spätestens bei einer sich anschließenden Weiterverarbeitung der nachwachsenden Rohstoffe zu Lebensmitteln, Biokraftstoffen, Biomaterialien etc. werden zunehmend auch gezielt Mikroorganismen eingesetzt, um bestimmte Prozesse zu beschleunigen oder erst zu ermöglichen. Ein Blick auf die Möglichkeiten dieser unsichtbaren Partner lohnt sich. Deshalb möchte ich heute 5 interessante Mikroorganismen der stofflichen und energetischen Biomasse-Nutzung vorstellen, die ein großes Potential versprechen.

Anorganische Chemie revolutioniert die Landwirtschaft

Die chemische Beeinflussung des Pflanzenwachstums ist weitgehend verbreitet und hat seit der Herstellung des ersten anorganischen Kunstdüngers durch Justus von Liebig und der späteren Anwendung des Haber-Bosch-Verfahrens eine rasante industrielle Entwicklung absolviert. Eine kritische Auseinandersetzung mit diesen revolutionären Errungenschaften und den folgenden Phänomenen könnte Thema einer anschließenden Diskussion sein.

Auch bei der industriellen Weiterverarbeitung des nachwachsenden Rohstoffs wurde sich lange Zeit auf die Verwendung chemischer Substanzen konzentriert. Das ändert sich zunehmend mit dem wachsenden Verständnis über die Bedeutung und den Methoden der Mikrobiologie.

Mikrobiologie eröffnet weitere Potentiale für die industrielle Biomasse-Nutzung

Es ist schon lange keine visionäre Anschauung mehr, wenn man behauptet, dass die anorganische Chemie, die Biochemie und die Mikrobiologie zukünftig ein gleichberechtigtes Gespann bei der Erfüllung der Kundenbedürfnisse im Bereich der Landwirtschaft und BioÖkonomie bilden werden.

Wie intensiv die Erkenntnisse der grünen Gentechnik die Branchen der Nachwachsenden Rohstoffe beeinflussen wird, ist schon schwerer vorherzusagen, da die Anwendung ihrer Methoden stark von den politischen Rahmenbedingungen eines Landes abhängt.

Die gezielte Nutzung biochemischer und mikrobiologischer Prozesse in der industriellen Fertigung wird häufig auch als „Weiße Biotechnologie“ bezeichnet. Die weiße oder industrielle Biotechnologie nutzt biotechnologische Methoden für industrielle Produktionsverfahren. Sie wird durch den Einsatz von Mikroorganismen und Enzymen geprägt.

Partnerschaften mit 5 Mikroorganismen unterstützen Fertigungsprozesse der BioÖkonomie

Die verwendeten Rohstoffe der Land- und Forstwirtschaft, wie Raps, Mais, Kiefer, Pappel etc. haben eine lange Tradition, sind meistens gut bekannt und werden wie alte Vertraute oder Wegbegleiter betrachtet. Die Beziehung zu den uns umgebenden Mikroorganismen und die Ausbildung von partnerschaftlichen Beziehungen zu ihnen sind noch weitgehend unbekannt und im Entstehen begriffen. Da Pilze, Bakterien oder Mikroalgen uns zunehmend bei der Verarbeitung von Produkten unterstützen und deren Herstellung häufig erst ermöglichen, hier ein kleine Aufzählung von Mikroorganismen und ihrem Wirkungsbereich im Bereich der Biomasse-Nutzung:

• 1 – Saccharomyces cerevisiae  – Biokraftstoffe der 1. Generation

Ein Hefepilz, der als Modellorganismus Eingang in die molekularbiologische Forschung gefunden hat. Im Bereich der nachwachsenden Rohstoffe ermöglicht er die Herstellung von Bioethanol, der dann als Biokraftstoff der 1. Generation verwendet wird. Als Ausgangsprodukt dient der Zucker aus Roggen, Weizen oder Zuckerrohr, welcher von Saccharomyces cerevisiae zu Ethanol vergoren wird.

• 2 – Schizophyllum commune – Biokraftstoffe der 2. Generation

Ebenfalls ein Pilz (siehe Photo oben), der den Abbau bestimmter Holzbestandteile ermöglicht. Wie der verbreitete Name Spaltblättling des Pilzes schon verrät, kann er die sonst nur schwer abbaubaren Makromoleküle von Pflanzen, wie Zellulose und Lignin, spalten und durch diesen Aufschluss für die Weiterverarbeitung zu Zellulose-Ethanol zugänglich machen. Somit ermöglichen die über 360 für den Aufschluss bereitgestellten Gene im Genom des Pilzes die Herstellung von Biokraftstoffen der 2.Generation.

• 3 – Chlorella vulgaris – Biokraftstoffe der 3.Generation

Der Mikroalge Chlorella vulgaris ist nicht an der Weiterverarbeitung von nachwachsenden Rohstoffen beteiligt, sondern ist ein Mikroorganismus, der selbst als Nachwachsender Rohstoff verwendet wird. Sie ist ebenfalls ein Modellorganismus der viel zum besseren Verständnis der Photosynthese beigetragen hat. Auf Grund des hohen Anteils an Fettsäuren kann Chlorella für die Herstellung von Biodiesel genutzt werden. Der Mikroalge wird auf Grund ihrer hohen Biomasse-Erträge eine grandiose bioenergetische Zukunft zugesprochen und gilt als Wegbereiter der Biokraftstoffe der 3.Generation.

• 4 – Cupriavidus necator – Biokunststoffe

 

Ein Bakterium, welches vor allem den Pulsschlag der Branche für Biokunststoffe (Biopolymere) erhöht. Das Bakterium produziert auf ganz natürliche Art Mengen an Polyhydroxyalkanoate (PHA), sobald es einen Überschuß an Kohlenstoffverbindungen in seiner Umgebung vorfindet. Diese Substanzen können in Kombination mit weiteren Copolymeren als Biokunststoffe genutzt werden und sind sogar biologisch abbaubar.

• 5 – Methanobacteria – Biomethanproduktion

Eine ganze Klasse von Bakterien mit großem Potential sind die Methanobacteria. Es gibt sie seit 3,5 Milliarden Jahren und sie nutzen CO2 als Kohlenstoffquelle. Als wertvolles Nebenprodukt produzieren sie dabei Methan – also die Verbindung, welche jede Biogasanlage durch die Vergärung von nachwachsenden Rohstoffen gewinnen möchte, wird aus dem Nummer 1. Treibhausgas Kohlenstoffdioxid erzeugt!

Von einer Art bioenergetischem „Perpetuum Mobile“ zu sprechen, bei der die Bakterien die Abgase bioenergetisch betriebener Blockheizkraftwerke (oder auch fossiler Kraftwerke) nutzen und daraus wieder Methan produzieren, ist vielleicht etwas übertrieben, aber der Kohlenstoffkreislauf wird durch diese Bakterien geschlossen.

Das war ein kleiner, aber feiner Ausblick in die Welt der Mikroorganismen, welche für Partnerschaften im Bereich der energetischen und stofflichen Biomasse-Nutzung.