19.09.2017 - Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH (UFZ)

Kraftstoff aus Abfällen und Elektrizität?

Kombination von Mikrobiologie und Elektrochemie

Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ), der Universität Tübingen, der amerikanischen Cornell University und des Deutschen Biomasseforschungszentrums (DBFZ) zeigen, dass durch die Kombination von mikrobieller und elektrochemischer Stoffumwandlung aus Biomasse hochwertige Produkte entstehen können. In ihrem Experiment nutzten die Forscher ein Abfallprodukt der Bioethanolherstellung und Maissilage, um Alkane mit hoher Energiedichte und dieselähnlichen Eigenschaften herzustellen.

Ob Klimawandel, wachsende Nachfrage nach Ressourcen oder umweltbelastende Stoffströme – wir brauchen nicht nur eine Energiewende, sondern eine Kehrtwende hin zu einem produktorientierten und integrativen Umweltschutz. Kreisläufe müssen geschlossen werden, umweltschädliche Einsatzstoffe müssen durch ökologisch verträgliche ersetzt werden, der Verbrauch fossiler und anorganischer Rohstoffe muss reduziert werden. Eine Schlüsselrolle bei der Suche nach Lösungen spielen neue Verfahren der Biotechnologie.

Dazu zählt auch die bioelektrochemische Synthese, die von Chemiker Dr. Falk Harnisch und seiner Arbeitsgruppe am UFZ in Leipzig erforscht wird. Deren Ziel ist es, durch die Kombination von Mikrobiologie und Elektrochemie aus nachwachsenden Ressourcen und Abfallprodukten Energieträger und Chemikalien zu gewinnen. Harnisch ist überzeugt: “Durch die Kombination von mikrobieller und elektrochemischer Stoffumwandlung könnten zukünftig Bioelektroraffinerien entstehen, die Kraftstoffe, Energie und Chemikalien durch integrierte Biomassenutzung produzieren“.

In einer aktuellen Studie, die unter seiner Leitung und in Zusammenarbeit mit Forschern der Universität Tübingen, der Cornell University und des Deutschen Biomasseforschungszentrums entstanden ist, zeigen die Forscher, dass Biomasse in Alkane mit hoher Energiedichte und dieselähnlichen Eigenschaften überführt werden kann. So wurde auf der Basis von Corn beer, einem Abprodukt der Bioethanolherstellung aus Mais, im Laufe des kombinierten mikrobiologisch-elektrochemischen Prozesses bereits eine Biomasse/Kraftstoff-Ausbeute von 50 Prozent erreicht. Prof. Lars Angenent von der Universität Tübingen, ein Mitautor der Studie, hebt hervor: “Mit dem corn beer haben wir in diesem Experiment einen relativ hochwertigen Ausgangsstoff genutzt. Weiterführende Versuche zeigen uns jedoch deutlich, welch großes Potenzial in dem Verfahren steckt – sowohl im Hinblick auf die mögliche Vielfalt der Ausgangsstoffe und der erhaltenen Produkte als auch den gekoppelten Ablauf von Mikrobiologie und Elektrochemie.“ Denn während die mikrobielle Synthese kontinuierlich abläuft, kann die schnellere elektrochemische Stoffumwandlung Überschussstrom verarbeiten. Damit kann Kraftstoff als effektiver Speicher von elektrischer Energie dienen.

Falk Harnisch betrachtet diese Studie als ersten Schritt in der Verfahrensentwicklung. “Wir haben im Labormaßstab gezeigt, dass ein solcher Prozess durchführbar ist. Die Herausforderung ist nun, jeden Teilschritt zu optimieren und eine Skalierung entlang des gesamten Prozesses bis in den Pilotmaßstab durchzuführen.“ Dabei wird sich auch zeigen, inwiefern das Verfahren ökonomisch wettbewerbsfähig ist. Dies sei, so Harnisch, allerdings auch eine Frage der politischen Rahmenbedingungen zur Förderung von Mobilität.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Biomasse
  • Alkane
  • Energiewende
Mehr über Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung
  • News

    Chemikalien in der Umwelt: Die Mischung im Fokus

    Einst genügte es, einzelne Chemikalien als Verursacher für schädliche Auswirkungen auf Mensch und Umwelt auszumachen. Doch wie sich mittlerweile zeigt, greift dieser Ansatz zu kurz. Denn die reale Welt ist von multiplen Belastungen und Chemikaliencocktails geprägt. Der in der neuesten Ausga ... mehr

    Effizientere Risikobewertung von Nanomaterialien

    Die Nanotechnologie boomt. Doch die Risikobewertung dieser winzigen Partikel ist aufwendig und stellt das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) vor große Herausforderungen. Forscher des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) haben nun in Kooperation mit Wissenschaftlern des BfR nac ... mehr

    Leipziger Wissenschaftspreis 2019 zweifach vergeben

    Mit einem Festakt im Alten Rathaus zu Leipzig ist der diesjährige, mit insgesamt 10.000 Euro dotierte Leipziger Wissenschaftspreis verliehen worden. Die doppelte Auszeichnung ging an zwei Preisträger: Prof. Dr. Evamarie Hey-Hawkins, Professorin für Anorganische Chemie an der Universität Lei ... mehr

  • Forschungsinstitute

    Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH (UFZ)

    Das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ wurde 1991 unter dem Namen UFZ-Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle GmbH gegründet und beschäftigt an den Standorten Leipzig, Halle/S. und Magdeburg ungefähr 1.000 Mitarbeiter. Es erforscht die komplexen Wechselwirkungen zwischen Mensch und U ... mehr

Mehr über Universität Tübingen
  • News

    Naturstoff als Alternative für das umstrittene Glyphosat?

    Forscher der Universität Tübingen haben einen Naturstoff entdeckt, der dem umstrittenen Unkrautvernichtungsmittel Glyphosat Konkurrenz machen könnte: Das neu gefundene Zuckermolekül aus Cyanobakterien hemmt das Wachstum verschiedener Mikroorganismen und Pflanzen, ist aber für Menschen und T ... mehr

    Frust im Quantensystem: Im Phasenübergang gibt es keine Entscheidung zwischen flüssig und fest

    Phasenübergänge in der Physik sind jedem aus dem Alltag bekannt, zum Beispiel das Schmelzen: Wenn ein fester Stoff erhitzt wird, bewegen sich seine Atome freier und er wird plötzlich flüssig. Phasenübergänge gibt es auch in der Quantenphysik, die allerdings der Alltagserfahrung nicht zugäng ... mehr

    Chaos lässt Quantensensoren exakter messen

    Quantensensoren erfassen Größen wie Temperatur, Magnetfeldstärke oder Beschleunigungen sehr genau. Und sie arbeiten noch exakter, wenn ihre Messdynamik chaotisch wird: Dies zeigen Physiker der Universität Tübingen in einer Studie, in der sie eine Methode entwickelten, mit der sich die Messg ... mehr

  • q&more Artikel

    Arzneimittel unter Hochdruck

    Typischerweise werden in der Pharmaindustrie neue Arzneistoffe in einem aufwändigen Formulierungs­verfahren mit den für sie geeigneten Hilfsstoffen zur Arzneiform entwickelt. Solche Entwicklungsprozesse werden in den galenischen Abteilungen durchgeführt und führen in vielen Fällen zu für de ... mehr

    Starke Haftkraft

    Geowissenschaftler, Biologen und Chemiker der Universität Tübingen arbeiten in Zusammenarbeit mit dem IFAM (Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung in Bremen) an der Aufklärung der Haftung von Insekten an Oberflächen. Ziel dieses Projektes ist es, einen Kl ... mehr

  • Autoren

    Prof. Dr. Michael Lämmerhofer

    Michael Lämmerhofer, Jg. 1966, studierte Pharmazie an der Universität Graz, wo er 1996 in Pharma­zeutischer Chemie promovierte. Anschließend wechselte er an die Universität Wien. Dort war er, unterbrochen von einem einjährigen Postdoc-Aufenthalt 1999 bis 2000 an der Universität Berkeley, zu ... mehr

    Heike Gerhardt

    Heike Gerhardt, Jg. 1983, studierte Chemie an den Universitäten Tübingen und Wien, wobei sie sich bereits während ihres Master-Studiums in Wien auf den Schwerpunkt Analytik spezialisierte. Seit April 2012 arbeitet sie an der Universität Tübingen bei Prof. Dr. Lämmerhofer an ihrer nahezu abg ... mehr

    Prof. Dr. Martin A. Wahl

    Martin Wahl, geb. 1956, studierte Pharmazie an der Universität Tübingen und promovierte 1984. Nach einem einjährigen Forschungsaufenthalt am Karolinska-Institut in Stockholm erfolgte 1995 die Habilitation im Fach Pharmakologie und Toxiko­logie. 1998 wechselte er an den Lehr- und Forschungsb ... mehr

Mehr über Cornell University
Mehr über Deutsches BiomasseForschungsZentrum