Benzin aus Bakterien

Der Biotreibstoff der Zukunft ist womöglich ein alter Bekannter: das Benzin. Zumindest ist dies die Hoffnung einer jungen Biotechnologiefirma aus dem kalifornischen San Carlos. Das Start-up namens LS9 will eine Methode entwickelt haben, mit der Bakterien dazu gebracht werden können, Kohlenwasserstoffe zu produzieren, aus denen sich dann Treibstoffe gewinnen lassen wie heute aus Rohöl.

LS9 wurde von Harvard-Genetiker George Church und dem Stanford-Pflanzenbiologen Chris Somerville gegründet und hatte sich im Vorfeld nur recht nebulös zu seinem Produkt geäußert, das es selbst als "erneuerbares Erdöl" bezeichnet. Auf einer Konferenz der Society for Industrial Microbiology Ende Juli kamen nun mehr Fakten auf den Tisch: LS9 ist es laut eigenen Angaben gelungen, verschiedene Bakterien, darunter E. coli, gentechnisch so zu verändern, dass sie quasi "auf Bestellung" Kohlenwasserstoffketten ausspucken.

Um dies zu erreichen, verwendet die Firma Werkzeuge aus der synthetischen Biologie, um die genetischen Eigenschaften von Bakterien, Pflanzen und Tieren zu verändern, die diese normalerweise zur Produktion von Fettsäuren einsetzen, über die Energie gespeichert wird. Fettsäuren sind Ketten aus Kohlenstoff- und Wasserstoff-Atomen, die auf eine bestimmte Art zusammengesetzt sind. An ihrem Ende befindet sich eine Carbonsäuregruppe aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Nimmt man die Säure weg, bleibt Kohlenwasserstoff übrig, der sich in Treibstoff umwandeln lässt.

"Ich bin von der Arbeit sehr beeindruckt", kommentiert James Collins, Co-Direktor des Center for Advanced Biotechnology an der Boston University. Die Nutzung der synthetischen und systemischen Biologie, um Kohlenwasserstoff-produzierende Bakterien herzustellen, sei "hochinnovativ".

In einigen Fällen verwendeten die LS9-Forscher auch Standard-DNA-Techniken, um den Mikroorganismen Gene zuzusetzen. In anderen Fällen wurden wiederum bekannte Gene im Computer neu gestaltet und dann synthetisiert. Die sich daraus ergebenden modifizierten Bakterien scheiden dann Kohlenwasserstoffmoleküle aus – mit einer molekularen Struktur, wie sie die Firma benötigt.

Der Biochemiker Stephen del Cardayre, LS9-Vizepräsident für Forschung und Entwicklung, ist überzeugt, dass sein Unternehmen Hunderte verschiedener Kohlenwasserstoffmoleküle herstellen kann. Dies ergäbe unter anderem Rohöl ohne die Schwefelverunreinigungen, unter den die Erdölproduktion leidet. Das künstliche Gebräu ginge dann anschließend an eine ganz normale Raffinerie, um dort zu Autotreibstoffen, Flugbenzin, Diesel oder zu jedem anderen Erdölprodukt verarbeitet zu werden.

LS9 verwendet aktuell Zucker aus Maiskörnern als Nahrungsquelle für seine Bakterien – das gleiche Ausgangsprodukt wie in der Ethanol-Produktion durch Hefe. Um ein größeres Treibstoffvolumen zu erreichen und der Lebensmittelproduktion keine Konkurrenz zu machen, muss der Ansatz jedoch bald auf Biomasse aus Zellulose umgestellt werden – etwa Switchgrass. Del Cardayre glaubt, dass sich mit einem solchen Ausgangsprodukt bis zu 19.000 Liter Spritöl pro Hektar Anbaufläche erzeugen lassen.

Die Produktion von Kohlenwasserstoff-Treibstoffen ist effizienter als die Ethanol-Produktion. Der Grund: Pro Gallone enthält ersteres Gemisch bis zu 30 Prozent mehr Energie. Außerdem wird in der Produktion weniger Energie benötigt. Ethanol aus Hefe muss zunächst destilliert werden, um Wasser zu entziehen – das macht 65 Prozent mehr Energiebedarf. Das US-Energieministerium will bis 2030 mindestens 30 Prozent des aktuell verwendeten Erdöls durch erneuerbare Energiequellen ersetzen. LS9-Mann De Cardayre glaubt, dass dies durchaus problemlos zu erreichen ist.

Bereits im nächsten Jahr will LS9 eine Pilotanlage in Kalifornien bauen, um die Prozesse weiter zu perfektionieren und weiter zu testen. In drei bis fünf Jahren soll es dann bereits möglich sein, verbessertes Biodiesel oder eben jenes "Biorohöl" an Raffinerien zu verkaufen, von dem del Cardayre und seine Kollegen träumen.

LS9 ist allerdings nicht das einzige Unternehmen, das in diesen Markt will. Die ebenfalls in Kalifornien beheimatete Firma Amyris Biotechnologies nutzt ebenfalls Pflanzen- und Tiergene, um aus Mikroorganismen Designer-Treibstoffe zu schaffen. Laut Entwicklungschef und Mitgründer Neil Renninger kann die Firma ebenfalls Bakterien herstellen, die erneuerbare Kohlenwasserstoff-basierte Treibstoffe produzieren. Der Hauptunterschied zwischen den Ansätzen der beiden Firmen sei, dass LS9 an einem Biorohöl arbeite, das noch in einer Raffinerie aufbereitet werden müsse. Amyris wolle hingegen direkt Treibstoffe herstellen, die nur wenige oder gar keine Verarbeitungsschritte mehr benötigen – sprich: Benzin aus Bakterien.

Auch Amyris will eine Pilotproduktionsanlage aufbauen, sie soll Ende nächsten Jahres fertig sein. Hinschtlich einer kommerziellen Produktion gibt man sich optimistisch und liegt mit drei bis fünf Jahren auf einem ähnlichen Vorhersageniveau wie LS9. Bis dahin wollen beide Firmen ihre Mikroorganismen noch effizienter machen und den gesamten Produktionsprozess optimieren: "Das Potenzial für Biotreibstoffe ist riesig und ich denke, dass auch der Ansatz von LS9 eine mögliche Lösung ist", gibt sich Renninger großmütig.

Der bekannte Genforscher Craig Venter, Mitbegründer und Chef von Synthetic Genomics, arbeitet ebenfalls an Biotechnologieverfahren zur Verbesserung der Treibstoffproduktion und sieht die Sache ähnlich: "Wir brauchen Hunderte, wenn nicht Tausende verschiedener Lösungen." So arbeiteten seines Wissens nach allein ein Dutzend Forschergruppen und Labore an Biotreibstoffen aus Bakterien auf Zuckerbasis.

Venter will auch Mikroorganismen herstellen, die Treibstoff produzieren. Seine Firma erhielt kürzlich ein großes Investment von BP, um die Mikroorganismen zu untersuchen, die in Erdölquellen leben. Die Idee dabei: Es sollen eines Tages Lebewesen entstehen, die dafür sorgen, dass der entnommene Rohstoff sauberer ist. (bsc)