Der Vorgang klingt für einen Laien ein klein wenig wie ein ökologisches Märchen: Im Labor wird CO2 bereits zum „Feedstock“ für Bakterien. Das Ziel der Versuche ist es, die Bioprozesse aus dem Labor irgendwann mit der Industrie zu koppeln. Das bedeutet, vereinfacht gesagt, die Bakterien die anfallenden Abgasströme „fressen“ zu lassen. Die Bakterien verwandeln den „Klimakiller“ quasi in Biomasse, die als Tierfutter verwendet werden kann. Und das wäre eine echte Win-Win-Situation.
Davor ist aber noch viel Forschungsarbeit gefragt: „CO2 ist die einzige Kohlenstoffquelle, die die fossilen Brennstoffe mengenmäßig ersetzen kann. Bei Kohlendioxid handelt es sich jedoch gleichzeitig auch um ein sehr stabiles Molekül. Deshalb braucht man viel Energie, um es umzuwandeln. Unsere Bakterien verwenden für diesen Vorgang Wasserstoff als Energiequelle“, erklärt Regina Kratzer vom Institut für Biotechnologie und Bioprozesstechnik der TU Graz. Deshalb ist die Sicherheit aktuell im Labor auch das ganz große Thema – das entstehende Knallgas ist schließlich hochexplosiv.
Bindung von CO2 steht im Zentrum der Forschung
„Die NASA hat sich schon in den 1960er Jahren damit beschäftigt, CO2 in Biomasse zu ver-wandeln“, erzählt Kratzer. Damals war der Gedanke im Hintergrund, aus der Atemluft der Ast-ronautInnen Biomasse als Nahrungsmittel für Langzeitflüge herzustellen.
Heute ist vielmehr die treibende Kraft, dass wir unseren CO2-Ausstoß und die daraus resultierenden Auswirkungen auf unser Klima in den Griff bekommen müssen. Deshalb spielt das „Produkt“ für Regina Kratzer auch keine große Rolle: „Der ursprüngliche Bakterienstamm, mit dem unser Team gearbeitet hat, produzierte Biopolymere, also Bio-Kunststoff. Das hat auch funktioniert. Die aktuell verwendeten Bakterien erzeugen Biomasse. Vorrangig geht es uns in der Forschung aber eben um die Bindung von CO2 und nicht um das Produkt, das von den Bakterien erzeugt wird“, so die Biotechnologin. Denn das Erzeugnis könnte man sich in einem gewissen Bereich theoretisch aussuchen, je nachdem, welchen Bakterienstamm man einsetzt. Im Zentrum steht eine funktionierende und sicherer Bioprozessentwicklung – und das im gro-ßen Stil. Schließlich ist das Ziel der Einsatz bei großen Industrieanlagen.
Bakterien erzeugen Biomasse oder Kunststoffe
Die Expertinnen und Experten für Biotechnologie in Graz entwickeln aktuell ein instrumentiertes Bioreaktordesign mit Gas-Sensoren zur genauen Überwachung und Auswertung. „Und mit den allerersten Versuchen haben wir es bereits geschafft, 12 Gramm Zellen pro Liter Bakterienkultur zu erzeugen“, ist Kratzer von den bisherigen Ergebnissen begeistert. Denn die Bakterien produzieren im Vergleich zu ihrer eigenen Größe enorme Mengen: Unter optimalen Bedingungen bestehen die natürlichen Bakterien am Ende der Kultivierung zu 90 Prozent aus Biopolymeren.
Die Forschenden des Instituts für Biotechnologie und Bioprozesstechnik beschäftigen sich mit der effizienten Umwandlung von CO2, das entweder direkt als Rohstoff verwendet wird oder das bereits von Pflanzen als Lignocellulose gebunden wurde – wie bei Stroh oder Holzresten. Das hat einen zusätzlichen Vorteil, sagt Kratzer: „Dadurch umgehen wir die Debatte um Lebensmittel versus Brennstoffe, wie sie geführt wird, wenn für Bioprozesse zum Beispiel Mais-, Zuckerrohr- oder Pflanzenöl als neuen Rohstoffen eingesetzt werden.“
Biotechnologie studieren – dem Klimawandel entgegenwirken
Bei den „Fridays for Future“ geht es darum, dem Klimawandel entgegenzuwirken. Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft sind derzeit auch in der Biotechnologie das bestimmende Thema. „Biotechnologie studieren bedeutet in einem modernen und trendigen Bereich zu arbeiten“, weiß Regina Kratzer. Möglich wird vieles hier in der engen Zusammenarbeit mit anderen Fachbereichen vom Maschinenbau bis zur Wärmetechnik. „So unterstützt meine Kollegin Vanja Subotic als Brennstoffzellenexpertin zum Beispiel das Bioreaktor- und Prozessdesign. Und die Forschung wird außerdem im Rahmen des EU-Projektes ConCO2rde vom Kompetenzzentrum der acib GmbH (Austrian Center of Industrial Biotechnology) gefördert.“
Studieren an der TU Graz: Die Bachelorstudien für Chemie, Molekularbiologie, Umweltsystemwissenschaften und Verfahrenstechnik führen in den Bereich der Biotechnologie. Biotechnology ist schließlich eines von mehreren englischsprachigen Masterstudien, die an der Fakultät für Technische Chemie, Verfahrenstechnik und Biotechnologie angeboten werden. Alle Studien der TU Graz finden Sie auf www.tugraz.at/go/studienangebot.
Die Forschenden der TU Graz suchen Lösungen für die brennenden Probleme der Gegenwart. Welche Themen sie derzeit auf dem Schirm haben und was man studieren kann, um wie sie die Zukunft zu verändern, erfahren Sie auf TU Graz screenshots.
