Algen als Grundlage für Bioplastik#
Forscher entschlüsseln chemische Tricks aus dem Meer und schaffen damit neue Rohstoffe.#
Mit freundlicher Genehmigung übernommen aus der Wiener Zeitung, 8. Juli 2019
Foto: © ESA
Wien. Ausgedehnte Algenblüten stellen derzeit eine ökologische und ökonomische Belastung dar. Doch könnten Algen in Zukunft zum wichtigen Rohstoff werden, wie ein Forscherteam mit österreichischer Beteiligung im Fachmagazin "Nature Chemical Biology" berichtet. Die Wissenschafter haben nämlich entschlüsselt, wie und in welchen Schritten Algen-Biomasse zerlegt wird.
Algen sind die Basis des Ökosystems Meer. Sie speichern mehr Kohlenstoff als alle Landpflanzen zusammengenommen. Die Kohlenhydrate der Algen werden von bestimmten Bakterien abgebaut, wodurch sie zur wichtigen Energiequelle für die gesamte marine Nahrungskette werden. Bisher war allerdings nicht bekannt, was bei diesem ausgeklügelten Abbau von Algen-Biomasse chemisch genau passiert.
100.000 Tonnen pro Jahr#
Im Mittelpunkt der Forschungsarbeit stand die Grünalgen-Gattung Ulva. Deren zunehmende Blüte sei ein globales Phänomen, bei dem jährlich alleine an der Atlantikküste Frankreichs bis zu 100.000 Tonnen Biomasse angespült werden, schreiben die Wissenschafter in ihrer Publikation. Sie analysierten, wie das Meeresbakterium Formosa agariphila ein bestimmtes komplexes Kohlenhydrat der Alge - nämlich das Polysaccharid Ulvan - abbaut. Dieses macht bis zu 30 Prozent der Trockenmasse der Alge aus.
Dem Bakterium gelingt es ausgezeichnet, in einem komplizierten Vorgang dieses Kohlenhydrat zu zerlegen, so die Forscher . "Es bricht das Polysaccharid bis zu Monosacchariden runter, die es dann nutzt, um Energie zu erzeugen, oder wieder zu bakterieneigenen Produkten aufbaut, um zu wachsen", erklärt Christian Stanetty vom Institut für Angewandte Synthesechemie der Technischen Universität (TU) Wien. Damit ist das Bakterium ein Vorbild für eine etwaige zukünftige anderweitige Nutzung der Algen. Denn auch dafür "muss man die großen Moleküle, die sie produzieren, in verwertbare Einzelteile zerlegen."
Mit diesem Hintergrundwissen wird es nun möglich, Algen als Rohstoffquelle zu nutzen: Sie lassen sich zum Beispiel für Fermentationen einsetzen, aber auch für die Herstellung wertvoller Arten von Zucker oder in Zukunft sogar auch für spezielle Bio-Kunststoffe. Das übergeordnete Ziel ist eine umweltschonende Kreislaufwirtschaft, in der man nachwachsende Rohstoffe möglichst vielfältig nutzt, schreiben die Wissenschafter in einer Aussendung der Universität.
Immer kleinere Puzzleteile#
Dieser Abbauprozess sei ein kleines chemisches Kunststück: In mehreren Schritten unter Einsatz von insgesamt zwölf verschiedenen Enzymen wird das Ausgangsmolekül in immer kleinere Puzzleteile zerlegt. "Unsere Aufgabe an der TU Wien war es, mit Hilfe von Kernspinresonanz-Spektroskopie sowie Massenspektrometrie zu klären, wie diese Puzzleteile genau aussehen", skizziert Stanetty. So konnte man schließlich auch herausfinden, welche Enzyme die Bakterien in welchem Schritt nutzen.
Der Einsatz von Algen zur Synthese von Kohlenwasserstoffen ist völlig CO2-neutral, schreiben die Forscher. Wenn es demnach gelinge, auf diese Weise Produkte zu erzeugen, die man bisher auf Basis fossiler Rohstoffe produziert hat, wäre das ein wichtiger Schritt im Sinne des Klimaschutzes, betonen die Experten. Und: "Je besser wir die Chemie dahinter verstehen, desto besser wird es gelingen, dies Algen auch als Ausgangsstoffe komplizierter Synthesen zu nutzen, bis hin zu Bioplastik", erklärt auch Marko Mihovilovic, Institutsvorstand an der TU Wien.
