Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Von Zellulose zu Zucker: Mikrobiologen der TU München wollen Bioethanol-Produktion optimieren

03.02.2011
Teller oder Tank? Diese Konkurrenzfrage stellt sich angesichts begrenzter Agrarflächen und des gleichzeitigen Trends zu Biokraftstoffen immer deutlicher.

Forscher der Technischen Universität München (TUM) wollen helfen, das Prioritätenproblem zu entzerren: Sie arbeiten daran, bisher nur schlecht verwertbare Reststoffe von Feldfrüchten effektiv für die industrielle Bioethanol-Produktion nutzbar zu machen.

Dafür nehmen sie Bakterien unter die Lupe, die Zellulose in Zucker verwandeln und so die Ausbeute der genutzten Energiepflanzen erhöhen können. Wenn das klappt, könnten Brot und Biokraftstoff in Zukunft vom gleichen Acker kommen.

Das Zeitalter von Diesel und Benzin geht unausweichlich zu Ende. Doch die Alternative – Bioethanol, das mit Hilfe von Mikroorganismen aus pflanzlichem Material hergestellt wird – steht im Kreuzfeuer der Kritik. Denn dieser Biokraftstoff wird bisher aus Feldfrüchten wie Weizen, Zuckerrohr oder Mais hergestellt, genauer: aus dem Zucker, der als Stärke in ihnen steckt.

Doch wenn man Feldfrüchte für die Herstellung von Bioethanol verwendet, fallen sie gleichzeitig als Nahrungsmittel weg. Forscher am TUM-Lehrstuhl für Mikrobiologie arbeiten an einer Lösung des Dilemmas. Die Idee: Zucker zur Bioethanol-Herstellung nutzbar machen, der in Form von Zellulose in Stängeln und Blättern von Pflanzen gespeichert ist. „Unser Ziel ist es, aus der bisher kaum genutzten Zellulose großindustriell Zucker zu machen, den man dann zu Bioethanol weiterverarbeiten kann“, so der Mikrobiologe Dr. Wolfgang Schwarz.

Aber das ist nicht so einfach: Als Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände ist die Zellulose für die Stabilität der Pflanze beim Wachsen verantwortlich - und deshalb extrem stabil gebaut: Zuckermoleküle bilden Zellulosemoleküle, die kettenförmig und sehr robust verbunden reißfeste Fasern bilden. Es ist also schwierig, die stabile Zellulose zu Zucker abzubauen. Glücklicherweise gibt es aber in der Natur auch Enzyme, die das können. Sie sind zum Beispiel in Bakterien vorhanden, die in Rindermägen leben.

In diesen natürlichen „Bioreaktoren“ helfen sie, das Gras zu verdauen und den Zucker freizusetzen. Allerdings dauert der Abbau von Zellulose durch die Bakterien sehr lang. Bevor Zellulose auch im industriellen Maßstab effizient und rentabel zu Biokraftstoff umgewandelt werden kann, muss der Vorgang wesentlich verbessert werden.

Der TUM-Lehrstuhl für Mikrobiologie stellt sich dieser Aufgabe: Einerseits suchen die Forscher in der immensen mikrobiellen Diversität der Natur nach noch unbekannten Zellulose-abbauenden Enzymen, andererseits isolieren sie neue „Zellulose-fressende“ Mikroben aus der Natur, um diese genauer zu untersuchen. Die Arbeitsgruppe von Dr. Schwarz nimmt jetzt das vielversprechendste dieser Bakterien unter die Lupe, Clostridium thermocellum. Dieses Bodenbakterium hat insgesamt über 70 Enzyme zur Verfügung, mit denen es die verschiedenen Bestandteile der Pflanzenzellwand abbauen kann. Dank dieses „Werkzeugkastens“ passt sich das Bakterium perfekt an seine Umgebung an: Je nachdem, ob es etwa in Stroh, Laub oder Holzabfällen lebt, produziert C. thermocellum auf seiner Oberfläche einen anderen, effektiven Enzymkomplex für den Zelluloseabbau.

Dieses Prinzip erproben die TUM-Forscher nun im Labor: Sie wollen den Werkzeugkasten des Bakteriums nutzen, um optimale Enzymkombinationen für den industriellen Zellulose-Abbau zu finden. Dazu haben sie die kraftvollsten Enzyme identifiziert und im Reagenzglas hergestellt. Diese Komponenten wurden zu verschiedenen Kombinationen zusammengesetzt, die besten Variationen haben die Mikrobiologen aus den zahlreichen Möglichkeiten ausgewählt. Jan Krauß war als Doktorand drei Jahre lang damit beschäftigt: „Jetzt optimieren wir die effektivsten Kombis für die industrielle Anwendung. Letztlich möchten wir für jeden zellulosehaltigen Pflanzenreststoff ein individuelles Abbau-Werkzeug entwickeln. Mit ein bisschen Glück finden wir die perfekten Enzym-Mischungen, die dann in Bioethanol-Anlagen etabliert werden können.“

Mit ihrem Forschungsprogramm sehen sich die TUM-Forscher im Trend industrieller Anstrengungen: So errichtet die Süd-Chemie AG in Straubing einen Pilotanlage, die Stroh als biogenen Reststoff in Bioethanol umwandelt.

Kontakt:
Technische Universität München
Wissenschaftszentrum Weihenstephan
Lehrstuhl für Mikrobiologie
Prof. Dr. Wolfgang Liebl / Dr. Wolfgang Schwarz
Telefon: 08161 / 71-5450 / 08161 / 71-5445
E-Mail: wliebl@mytum.de / wschwarz@wzw.tum.de
http://www.wzw.tum.de/mikrobiologie
Hintergrund:
Die Doktorarbeit „Enzymkomplexe“ von Jan Krauß wurde drei Jahre lang vom Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz gefördert. Im Anschluss erhielt Dr. Krauß im März 2010 für ein Jahr Unterstützung in Höhe von 94.000 Euro durch das EXIST-Gründerstipendium des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie. Es unterstützt Gründerinnen und Gründer aus Hochschulen und außeruniversitären Forschungseinrichtungen, die ihre Gründungsidee in einen Businessplan umsetzen möchten.

Dr. Ulrich Marsch | TU München
Weitere Informationen:
http://www.wzw.tum.de/mikrobiologie
http://mediatum.ub.tum.de/?id=1063534

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut
20.10.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Aus der Moosfabrik
20.10.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

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: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise