02.12.2020 - National Research Council of Science & Technology (NST)

Biodiesel aus ausrangierten Pappkartons

Entwicklung eines Mikroorganismus, der die Ausbeute der Biodiesel-Vorläuferproduktion mit einer genetischen Schere verdoppelt und auf den Prinzipien der Evolution basiert

Autoabgase, die von auf fossilen Brennstoffen basierenden Fahrzeugen ausgestoßen werden, insbesondere von solchen, die mit Diesel betrieben werden, sind bekanntermaßen eine Hauptquelle für Feinstaub und Treibhausgase. Die Verwendung von Biodiesel anstelle von Diesel ist ein wirksames Mittel zur Bewältigung des durch Treibhausgase verursachten Klimawandels bei gleichzeitiger Reduzierung der Feinstaubemissionen. Die derzeitige Methode zur Herstellung von Biodiesel durch chemische Verarbeitung von Pflanzenöl oder Altspeiseöl - wie z.B. Palm- oder Sojaöl - ist jedoch wegen der unzuverlässigen Verfügbarkeit von Rohstoffen begrenzt.

Daher gibt es aktive Bemühungen zur Entwicklung von Biokraftstoffen durch die Umwandlung von lignozellulosehaltiger Biomasse, die als Nebenprodukt der Landwirtschaft oder des Holzeinschlags anfällt, anstatt Rohstoffe zu verbrauchen, die aus Nahrungspflanzen gewonnen werden. Lignozellulose-Biomasse ist ein wirtschaftlicher und nachhaltiger Rohstoff, der durch mikrobiellen Metabolismus in umweltfreundlichen Motorkraftstoff umgewandelt werden kann.

Dr. Sun-Mi Lee und ihr Team am Forschungszentrum für saubere Energie des Korea Institute of Science and Technology (KIST) haben bekannt gegeben, dass sie einen neuartigen Mikroorganismus entwickelt haben, der in der Lage ist, Biodiesel-Vorläufer aus lignozellulosehaltiger Biomasse wie weggeworfenen landwirtschaftlichen Nebenprodukten, Altpapier und Kartonagen zu produzieren. Dieser Mikroorganismus hat eine Produktausbeute erreicht, die doppelt so hoch ist wie die seiner Vorgänger.

Dieser neuartige Mikroorganismus kann Biodiesel-Vorläufer während des Prozesses der Verstoffwechselung von Zucker produzieren, der in der lignozellulosehaltigen Biomasse enthalten ist, von der er sich ernährt. Der in der Lignocellulose-Biomasse enthaltene Zucker setzt sich im Allgemeinen aus 65-70% Glukose und 30-35% Xylose zusammen. Die in der Natur vorkommenden Mikroorganismen sind zwar in der Lage, durch Verstoffwechselung von Glukose Dieselvorläufer zu produzieren, ernähren sich jedoch nicht von Xylose, wodurch die Ausbeute der Rohstoffe begrenzt wird.

Um dieses Problem zu lösen, entwickelte das KIST-Forschungsteam einen neuen Mikroorganismus, der Dieselvorläufer produzieren kann, indem er sowohl Xylose als auch Glukose effektiv verstoffwechselt. Insbesondere wurde der Stoffwechselweg des Mikroorganismus mit Hilfe einer genetischen Schere neu gestaltet, um Interferenzen mit der Zufuhr von Coenzymen zu verhindern, die für die Herstellung von Dieselvorläufern unerlässlich sind. Die Fähigkeit, Xylose zu metabolisieren, wurde durch eine wirksame Kontrolle des Evolutionsprozesses in einem Labor verbessert, z.B. indem nur diejenigen Mikroorganismen ausgewählt und kultiviert wurden, die ausgezeichnete Leistungen erbrachten.

Dies bestätigte die Möglichkeit der Herstellung von Dieselvorläufern unter Verwendung aller Zuckerkomponenten einschließlich Xylose aus lignozellulosehaltiger Biomasse, und die Produktausbeute wurde im Vergleich zu früheren Studien, die Stoffwechselwege mit ungelösten Coenzym-Problemen verwendeten, fast verdoppelt.

"Biodiesel ist ein wirksamer alternativer Kraftstoff, der Treibhausgas- und Feinstaubemissionen reduzieren kann, ohne den Betrieb bestehender dieselbetriebener Fahrzeuge einzuschränken, und wir haben eine Kerntechnologie entwickelt, die die wirtschaftliche Effizienz der Biodieselproduktion verbessern kann", sagte Dr. Sun-Mi Lee vom KIST. "In einer Zeit wie dieser, in der wir den Klimawandel durch häufige Taifune und Unwetterphänomene in unseren Knochen spüren, wird ein erweitertes Angebot an Biokraftstoffen, das uns hilft, den Klimawandel am schnellsten und effektivsten zu bewältigen, die Expansion verwandter Industrien und die Entwicklung der Technologie erleichtern", so Dr. Sun-Mi Lee vom KIST.

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