Wissenschaftler des Instituts für Zellbiologie der Nationalen Akademie der Wissenschaften der Ukraine in Lwiw haben eine innovative Technologie zur Gewinnung von Biokraftstoff aus nicht-nahrungsmittelahften Rohstoffen wie Stroh und Sägemehl entwickelt. Dies teilte der Institutsdirektor Kostjantyn Dmytruk mit. Das neue Verfahren ermöglicht die Herstellung von Ethanol ohne Konkurrenz zum Lebensmittelsektor, obwohl sich das Projekt derzeit im Stadium der Laborforschung befindet und für eine industrielle Umsetzung noch erheblicher Weiterentwicklung bedarf.
Technologischer Prozess der Verarbeitung pflanzlicher Rohstoffe
Die Produktion von Ethanol aus Stroh und Sägemehl umfasst mehrere aufeinanderfolgende Phasen. Zunächst wird die pflanzliche Biomasse zerkleinert und mit Säuren oder Laugen vorbehandelt, oft unter Bedingungen von erhöhtem Druck und Temperatur. In der zweiten Phase spalten spezielle Pilzenzyme komplexe Zellulose und Hemizellulose in einfache Zucker auf, die anschließend mithilfe von Hefe in Alkohol umgewandelt werden.
Für die wirtschaftliche Rentabilität des Prozesses ist es von entscheidender Bedeutung, nicht nur Glukose, sondern auch Xylose zu verarbeiten – einen in der Hemizellulose enthaltenen Zucker. Herkömmliche Alkoholstämme bewältigen diese Aufgabe nur unzureichend, weshalb die Lwiwer Forscher thermotolerante Hefen der Art Ogataea polymorpha einsetzten. Sie sind in der Lage, die alkoholische Gärung bei einer Temperatur von 45–48 Grad Celsius durchzuführen und Hydrolyse sowie Gärung in einem einzigen technologischen Zyklus zu kombinieren.
Genetische Modifikation von Hefe und Effizienzsteigerung
Naturstämme der Hefe Ogataea polymorpha wiesen anfangs keine ausreichende Effizienz bei der Verwertung von Xylose auf. Um diesen Mangel zu beheben, nahmen ukrainische Wissenschaftler eine tiefgreifende genetische Modifikation der Mikroorganismen vor. Sie führten die erforderlichen Gene ein, bauten die Expressionsregulation um und modifizierten Glukosetransporterproteine, damit die Zellen Xylose effizient aufnehmen können.
Dank dieser Änderungen gelang es den Forschern, die Ethanolbeute aus Xylose um das mehr als 30-Fache zu steigern. Trotz nennenswerter Laborerfolge ist die Technologie noch nicht bereit für den industriellen Einsatz. Eines der HauptHindernisse bleiben toxische Nebenprodukte, die bei der Säurebehandlung von Stroh freigesetzt werden und die Lebensfähigkeit der Hfekulturen hemmen.
Kommerzialisierungsperspektiven und wirtschaftlicher Kontext
Um die Technologie zur Marktreife zu bringen, müssen Wissenschaftler Pilotanlagen errichten, um den gesamten Produktionszyklus unter Industriebedingungen zu testen. Darüber hinaus erfordert der Prozess den Einsatz teurer Enzyme und eine chemische Vorreinigung der Rohstoffe, weshalb Experten prognostizieren, dass ein solcher Biokraftstoff nicht billiger sein wird als Analoga aus Zucker oder Stärke.
Der Hauptvorteil der Methode bleibt der Verzicht auf die Nutzung von Nahrungsmittelpflanzen wie Mais, Weizen, Zuckerrüben oder Zuckerrohr. Vor dem Hintergrund der Entwicklung ökologischer Transportstandards, einschließlich der Einführung von Benzin der Sorte E10 mit einem Bioethanolgehalt von bis zu 10 %, eröffnen derartige Entwicklungen neue Perspektiven für die Energieunabhängigkeit und die Entlastung des Agrarsektors.
