Zwei Dollar pro Gallone

Ende Mai war es endlich soweit: Im amerikanischen Jennings, Louisiana, eröffnete eine große Demonstrationsanlage, die aus stark zellulosehaltiger Biomasse insgesamt 5,2 Millionen Liter Ökosprit im Jahr produzieren soll. Die Anlage des US-Herstellers Verenium soll Ethanol aus Landwirtschaftsabfällen produzieren, die bei der Zuckerrohrverarbeitung anfallen, statt den ineffizienten Rohstoff Mais zu nutzen.

Die neue Anlage ist die erste Fabrik für Ethanol aus stark zellulosehaltiger Biomasse, die in den USA in Demonstrationsgröße aufgebaut wurde. Sie soll verschiedene neue Technologien testen, dabei aber rund um die Uhr laufen. Nachgewiesen werden soll vor allem, dass es möglich ist, Ethanol für zwei Dollar pro US-Gallone zu erzeugen, so dass der neue Treibstofftyp wettbewerbsfähig mit anderen Ethanolvarianten und Normalsprit wäre. Im nächsten Jahr soll dann der Bau einer kommerziellen Verenium-Anlage beginnen, die zwischen 75 und 113 Millionen Liter im Jahr erzeugen kann.

Bislang war die Technologie für die Ethanol-Erzeugung aus Pflanzen, die nicht gleichzeitig auch noch für die Nahrungsmittelversorgung eingesetzt werden, in den USA auf Labore und kleine Pilotanlagen beschränkt, in denen unter 10.000 Liter pro Jahr produziert werden konnten. Da diese nicht ständig laufen, war es nicht möglich, festzustellen, was die Produktion in einer kommerziellen Anlage tatsächlich kosten würde.

Fast das gesamte Ethanol in den USA entsteht derzeit aus Maiskörnern. Mit dem Anziehen der Nahrungsmittelpreise steigt jedoch der Bedarf nach Alternativen – und genau die will man in stark zellulosehaltiger Biomasse nun finden. Bei steigenden Mais- und Benzinpreisen werde die Technologie wirtschaftlich attraktiv, meint Wallace Tyner, Professor für Agrarökonomie an der Purdue University. Ein neuer US-Standard für erneuerbare Treibstoffe, der 2007 in Kraft trat, gibt vor, dass bis 2010 insgesamt 378 Millionen Liter Ethanol aus stark zellulosehaltiger Biomasse produziert werden sollen, 2022 gar 60 Milliarden.

Bis jetzt gibt es noch keine kommerziellen Anlagen in den USA, die diesen Traum in die Realität umsetzen könnten. Geplant sind für die nächsten Jahre jedoch einige. Das US-Energieministerium gibt derzeit mehr als einem Dutzend Firmen Fördergelder, die an Demonstrationsanlagen sowie kommerziellen Fabriken arbeiten. Eine der Unternehmen, Range Fuels aus Colorado, will im nächsten Jahr mit der kommerziellen Herstellung beginnen. Man will anfangs 75 Millionen Liter Ethanol und Methanol pro Jahr produzieren.

Verenium setzt auf eine Kombination aus Säurevorbehandlung, Enzymen und zwei Arten von Bakterien, um Ethanol aus Pflanzenmaterial herzustellen, das bei der Zuckerrohrverarbeitung zu Zucker anfällt, die so genannte Bagasse. Ebenfalls verarbeitet werden soll ein Verwandter des Zuckerrohrs, der weniger Zucker und mehr Faserstoff enthält. Letzteres erlaubt der Pflanze, höher zu wachsen und damit die Ernte pro Fläche zu erhöhen.

Die Zuckerrohr-Bagasse besteht aus Zellulosebündeln, die von Hemizellulose umgeben ist. Zellulose besteht aus langen Glucoseketten, die sich mit Bakterien fermentieren lässt, die auch verwendet werden, um Ethanol aus Quellen wie Mais zu gewinnen. Hemizellulose besteht hingegen aus Zuckern, die sich nicht mit den gleichen Organismen wie Glucose fermentieren lassen. Zu den Neuerungen beim Verenium-Prozess gehört nun, sagt Firmenmanager John Malloy, dass Zellulose und Hemizellulose gleichzeitig fermentiert werden könnten.

Der Prozess beginnt damit, dass das Zuckerrohrmaterial zermahlen und unter hohem Druck mit einer milden Säure gekocht wird, um die Hemizellulose zu hydrolysieren und von der Zellulose zu trennen. Der sich ergebende Zucker wird dann mit Hilfe eines genetisch veränderten E.coli-Bakteriums fermentiert. Die Zellulose wird anschließend mit Enzymen aufgebrochen und mit einem anderen Bakterium, dem Klebsiella oxytoca, fermentiert. Dieses Bakterium erledigt dabei einen doppelten Job: Es produziert Enzyme, die die Zellulose aufbrechen und reduziert die notwendige Enzymmenge, die von außen zugegeben werden muss, um 50 Prozent. Das verdünnte Ethanol, das dann aus beiden Fermentierungsprozessen kommt, wird schließlich destilliert, um Treibstoff zu erzeugen.

Zusätzlich zum Bau der Demonstrationsanlage beginnt Verenium auch damit, den energiereichen Zuckerrohrverwandten anzubauen. Man will außerdem mit örtlichen Bauern zusammen arbeiten, damit frisches Rohmaterial für das später geplante kommerzielle System bereit steht. Auf kürzere Sicht lässt sich bereits mit der übrig gebliebenen Bagasse aus der Zuckerproduktion arbeiten. Später will man dann die eigenen Pflanzen nutzen, die speziell zur Ethanolgewinnung gezogen werden.

Subventionen im neuen Farmgesetz, das kürzlich vom US-Kongress verabschiedet wurde, dürften die Bauern dazu anregen, mitzuziehen, wie Verenium-Chef Carlos Riva meint. Die Anreize sind wichtig, weil die von dem Unternehmen benötigte Pflanzenart zwei bis drei Jahre braucht, um ihre volle Produktionsreife zu erreichen. Die Bauern müssten also bereits nächstes Jahr mit dem Anbau beginnen, damit der Rohstoff bereit steht, wenn die kommerziellen Anlagen fertig gebaut sind.

Die Eröffnung der Demonstrationsanlage und die geplanten anderen kommerziellen Anlagen zeigen, dass sich die Industrie derzeit im Aufbruch befindet. Die Entwicklung verbesserter Enzyme und neuer Fermentierungsorganismen bedeuten, dass die notwendigen wissenschaftlichen Erkenntnisse inzwischen vorliegen, um die Herstellung von Ethanol aus stark zellulosehaltiger Biomasse wettbewerbsfähig zu machen. "Es wurde enorm viel Geld in die Grundlagenforschung und in die technische Entwicklung gesteckt", meint Riva. "Wir haben inzwischen so viel über den Prozess gelernt, dass es wirklich wichtig ist, mit dem Aufbau kommerzieller Anlagen zu beginnen, um das auch umzusetzen." (bsc)