Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Designzellen produzieren erneuerbare Energie: RUB-Wissenschaftler starten Arbeit an EU-Projekt

28.01.2013
„CyanoFactory“ als Wasserstoff-Lieferant der Zukunft

Wasserstoff wäre ein idealer Energieträger, gäbe es da nicht einen Haken: Momentan wird er überwiegend aus fossilen Brennstoffen gewonnen. RUB-Forscher um Prof. Dr. Matthias Rögner vom Lehrstuhl Biochemie der Pflanzen arbeiten nun an einer umweltfreundlichen Alternative: Sie nutzen Blaualgen, um Wasserstoff aus Wasser zu gewinnen. Die Energie dazu liefert die Sonne – völlig kostenlos.


Kombination verschiedener Cyanobakterien-Mutanten, die zur Wasserstoffproduktion aus Wasser beitragen sollen, zur "Designzelle": Reduktion der Lichtsammelantennen (links), Erhöhung der Elektronentransportrate durch Entkopplung vom Protonentransport (Erhöhung der Protonenleitfähigkeit, Mitte) und Abzweigung von Elektronen zur Biowasserstoffproduktion auf Kosten der CO2-Fixierung (links).
Grafik: LS Biochemie der Pflanzen, RUB

Gemeinsam mit neun internationalen Kooperationspartnern aus Industrie und Forschung entwickeln die Wissenschaftler unter Federführung der Universität Uppsala solargetriebene Energiemodule, die sowohl kostengünstig als auch umweltfreundlich sind. Das Projekt „CyanoFactory“ läuft über drei Jahre und wird von der Europäischen Union mit insgesamt 3,7 Mio. Euro gefördert; davon gehen 425.000 Euro an die RUB.

Vorläuferprojekt „Biobatterie“

Die RUB-Arbeitsgruppe hat in dem vom BMBF geförderten Vorläuferprojekt bereits erfolgreich eine Art „Biobatterie“ entwickelt: ein halbkünstliches Modellsystem mit isolierten biologischen Komponenten wie den beiden Photosystemen, die Lichtenergie in chemische Energie umwandeln. Außerdem haben die Forscher begonnen, die Photosynthese von Blaualgen (Cyanobakterien) genetisch so zu verändern, dass sie für eine zukünftige lichtgetriebene Wasserstoffproduktion geeignet ist. Die hierfür benötigten sogenannten Hydrogenasen bauen Projektteilnehmer an der Universität Uppsala aus anderen Organismen in die Zellen ein, da Cyanobakterien kein leistungsfähiges Enzym zur Wasserstoffproduktion besitzen.

„Designzellen“ nach Maß: Synthetische Biologie

Im neuen EU-Projekt wollen die Wissenschaftler Cyanobakterien langfristig zu selbstreplizierenden „zellulären Fabriken“ für die Biowasserstoffproduktion umbauen. Mit der sogenannten Synthetischen Biologie schaffen sie quasi einen Baukasten mit Proteinen, deren genetischen Bauplänen und ihren Regulationsmechanismen als standardisierten Komponenten. Diese Bausteine sollen Anwender für verschiedene Zwecke beliebig kombinieren und anpassen können. Geplant ist zum Beispiel, einen Selbstzerstörungsmechanismus in die Cyanobakterien einzubauen, der anspringt, falls die genetisch veränderten Zellen ungewollt freigesetzt werden. Im Projekt evaluieren die Forscher auch biotechnologische Möglichkeiten, zum Beispiel die technische Massenanzucht der Blaualgen in optimierten Photobioreaktoren. Sowohl beim „Designen“ der Zellen als auch beim Planen der Verfahrensprozesse im Reaktor helfen Bioinformatiker mit mathematischen Simulationen bei der Optimierung. Eine enge Vernetzung der Kompetenzen aller beteiligten Arbeitsgruppen aus sieben europäischen Ländern ist dafür unabdingbar.

Maximale Energieausbeute

Normalerweise investieren Cyanobakterien und Pflanzen die bei der Photosynthese aufgenommene Lichtenergie größtenteils in Wachstum und Vermehrung, indem sie Wasser spalten und Kohlendioxid zu Kohlenhydraten umsetzen. Ziel des Projekts ist es, einen Großteil der Lichtenergie in die direkte Erzeugung von Bioenergie in Form von Wasserstoff zu investieren – und nicht in Biomasse. Damit dieses Verfahren möglichst effizient ist, müssen die Forscher die Elektronen aus der Wasserspaltung so früh wie möglich abgreifen, noch bevor der Organismus sie für die Produktion von Biomasse verwendet. Das Team um Prof. Rögner arbeitet deshalb hauptsächlich daran, die bei der Photosynthese gewonnenen Elektronen auf die Hydrogenase umzuleiten und die ganze Zelle für diesen Prozess zu optimieren. Hierzu reduzieren sie zum Beispiel drastisch die Zahl der Lichtsammelantennen, mit denen Blaualgen auch noch bei extrem wenig Licht Photosynthese betreiben können – eine Situation, die im Photobioreaktor mit kontrollierter Belichtung nicht eintritt. Diese Antennen sind das häufigste Protein in der Zelle. Verringert man ihre Anzahl, spart man nicht nur Energie, sondern ermöglicht auch eine wesentlich höhere Zelldichte im Reaktor.

Kostengünstige Versuchsreaktoren

Kostenanalysen von Prof. Dr. Hermann-Josef Wagner, Lehrstuhl für Energiesysteme und Energiewirtschaft an der RUB, im Zuge des Vorläuferprojektes zeigten, dass der zukünftig mit diesen Designzellen erzeugte Wasserstoff wirtschaftlich konkurrenzfähig sein kann, wenn alle Optimierungen planmäßig verlaufen. „Licht ist umsonst, die Zelle kann sich dadurch selbst mit Energie versorgen“, erklärt Rögner. Auch das Anzuchtmedium – mit Nährstoffen angereichertes Wasser – ist billig verfügbar und kann dem Wasserkreislauf wieder zugeführt werden. Alternativ kann Meerwasser mit marinen Cyanobakterien verwendet werden. Teuer sind bisher noch die zur Massenkultur verwendeten Photobioreaktoren. Gemeinsam mit der Firma KSD aus Hattingen entwickeln die Bochumer daher kostengünstige, spezielle Flachbett-Systeme. Ziel ist, den bereits verfügbaren 5 L-Laborreaktor in der Projektlaufzeit zu einem 100 L-Prototyp auszubauen. Dann möchte das Team in Zusammenarbeit mit zwei italienischen Kooperationspartnern mehrere Module koppeln und so Freiland-Reaktoren mit einem Fassungsvermögen von bis zu 1000 Litern konstruieren und erproben. „Das eröffnet die attraktive Möglichkeit, die Herstellungs- und zukünftige Betriebskosten zu minimieren und speziell auch auf landwirtschaftlich nicht nutzbaren Flächen mit hoher Photosynthese-Effizienz preiswert Energie zu erzeugen“, sagt Rögner.

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Matthias Rögner, Lehrstuhl für Biochemie der Pflanzen, Fakultät für Biologie und Biotechnologie, Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-23634, E-Mail:

matthias.roegner@ruhr-uni-bochum.de

Angeklickt:

Biochemie der Pflanzen an der RUB
http://www.bpf.ruhr-uni-bochum.de/index_DE.htm
EU-Projekt "CyanoFactory"
http://cyanofactory.eu
Stellungnahme der Leopoldina zu Bioenergie
http://www.leopoldina.org/de/publikationen/detailansicht/?publication[publication]=433&cHash=85b62c7ab0fc52f395b84e738e8b1f42

Redaktion: Nadja Balnis

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Kaltwasserkorallen: Versauerung schadet, Wärme hilft
27.04.2017 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

nachricht Auf dem Gipfel der Evolution – Flechten bei der Artbildung zugeschaut
27.04.2017 | Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

Jenaer Akustik-Tag: Belastende Geräusche minimieren - für den Schutz des Gehörs

27.04.2017 | Veranstaltungen

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

VLC 200 GT von EMAG: Neue passgenaue Dreh-Schleif-Lösung für die Bearbeitung von Pkw-Getrieberädern

27.04.2017 | Maschinenbau

Induktive Lötprozesse von eldec: Schneller, präziser und sparsamer verlöten

27.04.2017 | Maschinenbau

Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

27.04.2017 | Informationstechnologie