Energie aus Speiseresten

Mitten in der ländlichen Umgebung, in der sich ein Teil des Campus der University of California in Davis (UC Davis) befindet, stehen mehrere riesige Fässer, in denen hungrige Mikroorganismen leben. Ihre Aufgabe: Sie zersetzen Essensreste aus der Hochschulkantine sowie Rasenschnitt aus der Gärtnerei und machen aus diesen Biogas – hauptsächlich Methan und Wasserstoff. Das lässt sich dann wiederum verbrennen, um Strom zu erzeugen, oder so komprimieren, dass es als Flüssigtreibstoff in entsprechend ausgerüsteten Fahrzeugen verwendet werden kann. Erstaunlicherweise ist noch recht wenig über das Gas produzierende mikroskopische Getier bekannt. Ein neues Projekt an der UC Davis soll dies nun ändern: Dort will man das Genom sequenzieren und so besser verstehen lernen, wie sie den Biomüll zu Biogas umwandeln.

"Wir wollen durch die Sequenzierung lernen, was die treibenden Kräfte sind. Dann können wir die Lebensbedingungen besser kontrollieren und die Gestaltung unserer Anlagen optimieren, um die Umsetzung von Abfall zu Biogas weiter zu verbessern", meint Ruihong Zhang, die den Gasreaktor als Bioingenieurin entwickelt.

Geräte wie der so genannte "Anaerobic Digester" ("anaerober Verdauer") werden beispielsweise zur Aufbereitung von Schmutzwasser in Klärwerken genutzt. Zhangs Bioreaktor ist da etwas anders – er ist dafür gebaut, mit Feststoffen umzugehen. Die neu entwickelte Technologie arbeitet zwischen 30 und 50 Prozent schneller als konventionelle Systeme und bietet damit einen viel versprechenden neuen Weg, zur Reduktion der Müllberge beizutragen und gleichzeitig sauber verbrennendes Gas zu produzieren.

Die Demonstrationsanlage industrieller Größe läuft seit vergangenem Oktober an der UC Davis. Acht Tonnen Restaurant- und Gartenabfälle werden täglich in 300.000 bis 600.000 Liter Biogas umgewandelt – genug, um fast 80 Häuser mit Strom zu versorgen. An der UC Davis nutzt man den Strom unter anderem, um ein Klärwerk zu betreiben, aber auch zur Selbstversorgung.

Zur Optimierung des Konzeptes dient nun die Erforschung des Genoms der mikroskopischen Helfer. "In der Natur führen diese Mikroorganismen den Zersetzungsprozess organischen Materials und die Produktion von Methan in einer sehr komplexen, anaeroben Gemeinschaft durch. Jeder Bestandteil für sich isoliert genommen lässt sich nur schwer nachbilden", meint Jim Bristow, Leiter des gemeinschaftlichen Sequenzierungsprogrammes am Joint Genome Institute des US-Energieministeriums. In den vergangenen zwei Jahren entstanden schnellere und vor allem billigere Gensequenzierungsmethoden, die auch mit ganzen Mikroorganismuspopulationen umgehen können.

DNA lässt sich bereits aus einem einzelnen Tropfen Bioreaktor-Flüssigkeit isolieren und eine Gensequenz der gesamten Lebensgemeinschaft bilden. Dieser Ansatz soll auch vom Joint Genome Institute verwendet werden, um die Mikroorganismen in Zhangs Bioreaktor zu untersuchen – 2008 geht es los.

Das Ergebnis der Studie soll unter anderem einen Überblick über die verschiedenen Lebewesen im Bioreaktor geben und die Gentypen herausstellen, die dominieren. Danach soll getestet werden, wie sich die Population bei verschiedenen Temperaturen und Säuregraden verändert – schließlich ändert sich dabei auch die Effizienz des Systems stark. "Wir wollen vergleichen, welche Mikroorganismen unter welchen Bedingungen vorkommen und herausfinden, welche die besten Bedingungen für verschiedene Gruppen sind", erklärt Martin Wu, Genetiker an der UC Davis, der den genetischen Teil des Projektes leitet.

Zhang arbeitet auch mit dem Start-up Onsight Biosystems zusammen, das ihr optimiertes System kommerzialisieren soll. Das Interesse ist laut der Forscherin groß: Gemeinden wie Industrie hätten bereits angefragt. (bsc)