Am 13. März fand im Forschungszentrum Jülich die 20. BioSC-Lecture statt. Prof. Dr. Thomas Brück, Inhaber des Werner-Siemens-Lehrstuhls für Synthetische Biotechnologie und Direktor des AlgaeTec Center der Technischen Universität München, präsentierte verschiedene Bioprozesse für die Fixierung, Valorisierung und Speicherung von CO2.

Prof. Brück ging zunächst auf die drängenden globalen Herausforderungen ein, insbesondere auf die Auswirkungen des Klimawandels, die bereits heute spürbar sind. Dass trotzdem nur unzureichende Maßnahmen zur Bekämpfung des Klimawandels ergriffen werden, liegt seiner Ansicht nach zum großen Teil daran, dass die wirtschaftliche Motivation zu gering ist. Er betonte, wissenschaftliche Fragestellungen müssten in wirtschaftliche Möglichkeiten münden. Dazu stellte er einige erfolgreiche Beispiele aus seiner Forschung vor.

Viele hochwertige Chemikalien und Materialien werden auf der Basis von Lipiden hergestellt. Mikroalgen und Hefen können große Mengen Lipide produzieren, ohne mit der Nahrungsmittelproduktion zu konkurrieren und ohne Landnutzungsänderungen zu verursachen, wie es etwa bei Palmöl oder auch Rapsöl der Fall ist. Prof. Brück präsentierte unter anderem einen patentierten Prozess, bei dem spezielle Hefen co-fermentiert werden mit hydrolysierter Biomasse aus landwirtschaftlichen Restströmen sowie mit Acetat, das aus CO2 und elektrolytisch gewonnenem Wasserstoff produziert wird. Bei dieser Co-Fermentation können die Hefen bis zu einer hohen Dichte wachsen und große Lipidmengen produzieren. Wasser und Biomasse aus dem Fermentationsprozess werden vollständig recycelt und eine spezielle enzymatische Hydrolyse der Hefezellen ermöglicht eine lösungsmittelfreie Lipidextraktion. Der Preis des so gewonnenen Öls entspricht dem von öko-zertifiziertem Palmöl und ist somit wettbewerbsfähig. Bezüglich der Life Cycle Analysis liegt das Öl im Bereich von Pflanzenölen.

Die Produkte, zu denen Lipide verarbeitet werden, reichen von Kunststoffen über Schmierstoffe und Biodiesel bis zu Carbonfasern. Letztere werden heute vor allem in Autos verbaut, sind aber auch für Konstruktionselemente z.B. für Gebäude oder Brücken geeignet. Hier biete sich eine sehr wirkungsvolle Möglichkeit zur Bekämpfung des Klimawandels, so Prof. Brück. Würde man in großem Maßstab Lipide in Algen produzieren, diese im Bausektor einsetzen und sie nach ihrer Verwendung in leeren Kohleflözen endlagern anstatt sie wie heute zu verbrennen, könnte man der Atmosphäre dauerhaft signifikante Mengen an CO2 entziehen. Dieser Ansatz wird im aktuellen Weltklimareport als global relevant eingestuft und Prof. Brück wurde dafür bei der UN-Weltklimakonferenz 2018 in Kattowitz ausgezeichnet.

Prof. Brück stellte noch zwei weitere Biosynthesen vor, die in seiner Arbeitsgruppe etabliert wurden. Für die Herstellung des biologisch abbaubaren Kunststoffs Polyhydroxybuttersäure (PHB) aus Weizenkleie wurde der Dahms-Syntheseweg aus Pseudomonas in Ralstonia eingebracht, um die Xylose aus der Kleie nutzbar zu machen. Ralstonia produziert das Monomer 3-Hydroxybuttersäure, das anschließend mit Hilfe einer zellfreien Enzymkaskade zu PHB polymerisiert wird. Ebenfalls aus Weizenkleie kann von einem metabolisch veränderten E.coli-Stamm das biologisch abbaubare Insektenabwehrmittel Cembratrienol hergestellt werden, das neue Möglichkeiten im Pflanzenschutz eröffnet. Alle Beispiele zeigten eindrucksvolle Möglichkeiten für die Etablierung einer nachhaltigen Bioökonomie.