Antworten auf Ihre Fragen

Hier finden Sie die Antworten auf Ihre Fragen in unseren FAQ .

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1F: Was ist ein Enzym?

Ein Enzym ist ein Protein, dessen Funktion darin besteht, eine spezifische chemische Reaktion zu katalysieren, nämlich die Umwandlung eines bestimmten Substrats in ein Produkt. Alle lebenden Organismen (Bakterien, Hefepilze, aber auch Pflanzen und Säugetiere) enthalten zahlreiche verschiedene Enzyme (zwischen 1 000 und 10 000), die gleichzeitig oder gemeinsam alle lebensnotwendigen chemischen Reaktionen umsetzen.

Die Enzyme funktionieren meistens mithilfe eines Hohlraums, in dem sich das Substrat spezifisch bindet. Das Substrat wird dann in ein Produkt umgewandelt, das den enzymatischen Hohlraum verlässt und so den Platz für ein neues, identisches Substrat frei macht.

2F: Was ist ein Stoffwechselweg?

Dabei handelt es sich um eine Abfolge von enzymatischen Reaktionen, die die Synthese einer Verbindung in mehreren Etappen ermöglicht, ausgehend von Zuckern, die im natürlichen Umfeld gewonnen wurden. Die für das Überleben und die Vermehrung der Mikroorganismen notwendigen Verbindungen werden über Hunderte von Stoffwechselwegen synthetisiert.

3F: Inwiefern ist der Stoffwechselweg des Isobuten-Verfahrens von Global Bioenergies „künstlich“?

Es ist ein künstlicher Weg, weil es sich nicht, wie im Fall der bereits existierenden oder in Entwicklung befindlichen Bioverfahren, um die einfache Verbesserung eines natürlichen Stoffwechselweges handelt. Dieser von Global Bioenergies entwickelte Weg basiert auf beispiellosen enzymatischen Aktivitäten und auf Stoffwechselzwischenprodukten, die ausschließlich in den von Global Bioenergies konstruierten Stämmen existieren. Diese neuen enzymatischen Aktivitäten wurden durch Ablenkung der Enzyme von ihrer natürlichen Aktivität identifiziert, damit sie die gewünschten Reaktionen ausführen.

Isobuten ist übrigens kein natürliches biologisches Produkt: Es wird nur in sehr geringem Umfang von Mikroorganismen synthetisiert und derzeit ausschließlich aus Erdöl hergestellt.

4F: Welcher Mikroorganismus wird für dieses Verfahren verwendet?

Mehrere Mikroorganismen, insbesondere Bakterien wie Escherichia coli oder Hefen wie Saccharomyces cerevisiae, können den künstlichen Stoffwechselweg, der die Umwandlung der Zucker in Isobuten ermöglicht, beherbergen. Derzeit konzentriert sich das Unternehmen auf die Konstruktion von Escherichia-coli-Stämmen.

5F: Sind diese Mikroorganismen GVO?

Es handelt sich um „GVM“ (genetisch veränderte Mikroorganismen): Ihr Genom ist so verändert, dass sie die Enzyme des Stoffwechselwegs exprimieren. Man sollte sie nicht mit den GVO im gewöhnlichen Sinn verwechseln, die Kulturpflanzen auf dem Feld beschreiben: Die Mikroorganismen des Verfahrens sind ausschließlich für den Einsatz in einem geschlossenen industriellen Umfeld bestimmt. Selbst wenn sie versehentlich in die Natur gelangen würden (was aufgrund der ergriffenen Vorsichtsmaßnahmen und der geltenden Vorschriften unwahrscheinlich ist), stellen sie keine besondere Gefahr dar und könnten dort nicht überleben.

6F: Was ist Fermentation?

Dabei handelt es sich um die Verwendung von Mikroorganismen zur Umwandlung eines Ausgangsstoffs in ein Produkt. So produziert z. B. Bierhefe (Saccharomyces cerevisiae) aus verschiedenen Zuckersorten Alkohol. Hier spricht man von alkoholischer Gärung. Im Fall unseres Isobuten-Verfahrens könnte man von „Isobuten-Fermentation“ sprechen.

7F: Was ist ein Kohlenwasserstoff?

Kohlenwasserstoffe bestehen ausschließlich aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen. Die Kohlenwasserstoffe zeichnen sich insbesondere durch ihre unerreichte Energiedichte aus (etwa 45 MJ/kg), aufgrund derer sie zum Referenzkraftstoff der Transportbranche wurden.

8F: Was ist ein Olefin?

Olefine (auch „Alkene“ genannt) bilden eine besondere Familie unter den Kohlenwasserstoffen und zeichnen sich durch das Vorhandensein einer oder mehrerer Doppelbindungen aus. An diesen Doppelbindungen erfolgt ihre chemische Reaktion: Olefine können demnach in zahlreiche Verbindungen (man spricht von Produktbäumen) in den Bereichen der Kraftstoffe und Materialien umgewandelt werden. Diese Familie umfasst insbesondere Ethylen (ein Molekül mit zwei Kohlenstoffen, zur Herstellung von Verpackungskunststoffen), Propylen (Molekül mit drei Kohlenstoffen, zur Herstellung von Hartkunststoffen), Isobuten (Molekül mit vier Kohlenstoffen, das für Kraftstoffe und Materialien genutzt wird) oder Butaden (Molekül mit vier Kohlenstoffen und zwei Doppelbindungen, das überwiegend in der Reifenherstellung zum Einsatz kommt).

9F: Welche Vorteile haben diese Gasfermentationsverfahren gegenüber der traditionellen Fermentation, die Flüssigkeiten produziert?

Die Herstellung gasförmiger Olefine auf biologischem Weg bietet zwei bedeutende Vorteile:

  • Der Gärungsprozess von Flüssigkeiten wird unterbrochen, sobald die Toxizitätsschwelle erreicht ist (13 % im Fall von Ethanol; aus diesem Grund enthält Wein nicht mehr Volumenprozent Alkohol). Die Mehrzahl der chemischen Produkte haben eine weit darunterliegende Toxizitätsschwelle (ein oder einige Prozent), was das Herstellungsverfahren komplizierter macht, weil die Extraktion während der Fermentation erfolgen muss. Die Fermentation eines Gases vermeidet die Akkumulation des Produkts im Reaktionsmedium. Die Grenzen hinsichtlich der Toxizität des Produkts für den Produktionsstamm sind somit gegenstandslos.
  • Wenn die Olefine das Reaktionsmedium in Gegenwart von Luft, Wasserdampf und CO2verlassen, sind sie bereits zum Teil gereinigt. Diese Umgebung ist längst nicht so komplex wie das Nährmedium, das Tausende von verschiedenen Molekülen enthält. Der Reinigungsaufwand im Vorfeld wird dadurch drastisch reduziert.

10F: Warum ist Isobuten eine Leitsubstanz für Kraftstoffe?

Die Kraftstoffchemie ist durch ein Vielfaches von vier Kohlenstoffen gekennzeichnet: Benzin aus Erdöl besteht überwiegend aus Oktan, einer Verbindung mit acht Kohlenstoffen. Kerosin enthält viele Moleküle mit zwölf Kohlenstoffen und Dieselkraftstoff viele Moleküle mit 16 Kohlenstoffen.

Isobuten, eine reaktive Verbindung mit 4 Kohlenstoffen, kann auf einfache Weise in Verbindungen mit 8, 12 oder 16 Kohlenstoffen umgewandelt werden, die somit kompatibel und austauschbar mit den heutigen Produkten fossiler Herkunft sind.

So ist insbesondere Isooctan der Standard für die Berechnung der Oktanzahl: reines Isooctan wäre „bleifrei 100“.

Isooctan bietet gegenüber Ethanol viele Vorteile: Es ist ein Kohlenwasserstoff mit einer hohen Energiedichte (etwa 44 MJ/kg). Ein Kilogramm Ethanol enthält nur 27 MJ, also ein Drittel weniger als Isooctan, wodurch sich die mit diesem Kilogramm Ethanol in einem Fahrzeug zurückgelegte Strecke um ebendieses Drittel verkürzt.

Darüber hinaus benötigt Ethanol besondere Lager- und Vertriebsinfrastrukturen. Es ist sehr korrosiv für Motoren und Pipelines (und wird deshalb in Lkws transportiert), während die Kohlenwasserstoffe aus dem Verfahren von Global Bioenergies ohne Verhältnisgrenze mit Kohlenwasserstoffen aus Erdöl gemischt werden können und somit keine Änderung der Infrastrukturen, Motoren und Verhaltensweisen der Benutzer erfordern.

11F: Kann man aus Isobuten etwas Anderes herstellen als Kraftstoffe?

Ja, Isobuten wird im Materialbereich angewendet: Es ist eine Leitsubstanz bei der Herstellung von Reifen, organischem Glas (Plexiglas®), Schmierstoffen und bestimmten Kunststoffen.

Der erste Markt, der davon profitieren wird, ist wahrscheinlich der der Biomaterialien aus Isobuten, da hier ein geringerer Kostendruck herrscht, als auf dem Kraftstoffmarkt.

12F: Wie wird Isobuten in Endprodukte umgewandelt?

Isobuten wird überwiegend durch etablierte chemische Verfahren in ein Endprodukt verwandelt. So werden heute mehr als 1 Mio. Tonnen Erdöl-Isobuten in Isooctan umgewandelt. Ebenso gibt es bereits Produktionsstätten für organisches Glas, synthetisches Gummi oder Kunststoffe aus Isobuten. Eine Produktionseinheit für Isobuten aus erneuerbaren Ressourcen, die das derzeit von Global Bioenergies entwickelte Verfahren nutzt, könnte den bereits bestehenden Anlagen hinzugefügt werden.

Weitere Anwendungen (Herstellung von Kerosin, von PET) müssten noch industrialisiert werden: Diese Technologien existieren heute auf Laborebene.

13F: Wie unterscheidet man die verschiedenen Generationen von Biokraftstoffen?

Das ist ein umfangreiches Thema, da es keine offizielle Nomenklatur gibt. Zur Vereinfachung könnte man sagen, dass die erste Generation auf der Nutzung von Zuckern basiert, die zunächst für die menschliche Ernährung bestimmt waren, d. h. Zucker (aus Zuckerrohr, Zuckerrüben) oder Getreidestärke, die man einfach in Glucosesirup umwandeln kann.

Die zweite Generation hingegen nutzt land- oder forstwirtschaftliche Abfälle, die im Wesentlichen aus Cellulose bestehen. Cellulose ist wie Stärke ein Glucosepolymer. Dieses Polymer ist jedoch sehr widerstandsfähig und es ist schwierig, es mit einem wirtschaftlich vertretbaren Verfahren in Glucosesirup umzuwandeln. Zahlreiche Unternehmen arbeiten an der industriellen Entwicklung dieses Verfahrens, das in den kommenden Jahren sein Ziel erreichen sollte. Mehrere große Industrieanlagen befinden sich im Bau oder in der Anlaufphase.

Die dritte Generation wird ebenso wie die zweite gegenwärtig entwickelt. Hier wird die Fotosynthese eingesetzt, um das Kohlendioxid der Luft (CO2) direkt in Kraftstoffe zu verwandeln. Die Mikroalgen, fotosynthetische Mikroorganismen, werden heutzutage umfassend erforscht, denn es wird vermutet, dass solche Umwandlungen unter wirtschaftlichen Bedingungen durchführbar sind.

14F: Auf der Grundlage welcher natürlichen Ressourcen funktioniert dieses Verfahren?

Dieses Verfahren funktioniert heute ausgehend von Glucose aus Getreide. Das Verfahren ist jedoch nicht an eine bestimmte Ressource gebunden. Es ist möglich, den Stoffwechselweg in verschiedene Mikroorganismen einzufügen, von denen einige an die Verwendung von Saccharose (Rohrzucker oder Rübenzucker) angepasst sind, andere an die Verwendung von Glucose (insbesondere aus Getreidestärke). Es wäre auch möglich, Zucker aus landwirtschaftlichen Abfällen (zweite Generation) zu verwenden, sofern diese unter wirtschaftlichen Bedingungen verfügbar sind. Man könnte auch in Betracht ziehen, fotosynthetische Organismen zu verwenden (dritte Generation), indem der Stoffwechselweg zum Beispiel in Mikroalgen integriert wird, sodass das CO2 aus der Luft in Kohlenwasserstoffe verwandelt wird. Diese letzte Anwendung ist jedoch noch nicht ausgereift und benötigt deshalb noch eine gewisse Zeit.

15F: Arbeitet Global Bioenergies an der Entwicklung von Verfahren zum Abbau von Lignocellulosematerial?

Global Bioenergies beschäftigt sich viel mit der Herstellung gärfähiger Zucker aus Lignocellulosematerial. Zahlreiche industrielle Gruppen investieren heute in industrielle Umsetzung verschiedener Verfahren und es zeichnen sich bereits erste Erfolge auf industrieller Ebene ab. Der Erfolg dieser Entwicklungen wird neue Quellen für fermentierbaren Zucker bieten, die von unserem Bioverfahren verwendet werden können.

Global Bioenergies setzt keine Ressourcen für die Entwicklung dieser Technologien zum Abbau land- und forstwirtschaftlicher Abfälle ein und konzentriert sich auf seine Kernaktivität: die Entwicklung von Verfahren zur Umwandlung von Zucker in Olefine.

16F: Konkurriert die Verwendung landwirtschaftlicher Ressourcen für die Herstellung von Biomaterialien und Kraftstoffen nicht mit der Ernährung?

Biomaterialien repräsentieren zwar Volumen, die großen Märkten entsprechen, doch sie bleiben im Vergleich mit der landwirtschaftlichen Weltproduktion recht bescheiden, somit ist dies nicht der Fall. Die Nutzung eines geringen Prozentanteils der landwirtschaftlichen Produktion für die Herstellung von Materialien bleibt im Rahmen der jetzigen Non-Food-Landwirtschaft (Baumwolle, Kautschuk usw.).

Bei Kraftstoffen jedoch handelt es sich um eine echte Grundsatzfrage. Kurzfristig gibt es Handlungsspielraum: Die FAO (Food and Agriculture Organisation) weist darauf hin, dass 40 % der landwirtschaftlichen Ressourcen vergeudet werden (www.lemonde.fr/planete/article/…). Diese Verschwendung zu reduzieren und die weltweite landwirtschaftliche Produktion zu steigern, sind kurzfristig realisierbare Ziele.

Langfristig wird die Nutzung von land- und forstwirtschaftlichen Abfällen in großem Umfang die Menge der verfügbaren Zucker erhöhen und so die Konkurrenz gegenüber der Landwirtschaft für die Nahrungsmittelversorgung aufheben.

17F: Welche Länder haben das größte Potenzial hinsichtlich der Bioverfahren?

Die gemäßigten Zonen einerseits und die Äquatorialbereiche andererseits haben auf dem Gebiet der Biokraftstoffe gute Trümpfe in der Hand, aber die größten landwirtschaftlichen Erträge (berechnet in Kilogramm Zucker pro Hektar unter Berücksichtigung der Kuppelprodukte (Stroh, Zuckerrohrabfälle)) werden heute mit Rohrzucker in der tropischen Zone erwirtschaftet. Für Länder auf dem Wendekreis des Krebses (Indien, Pakistan) oder des Steinbocks (Brasilien, Südafrika) besteht die Aussicht, für Biokraftstoffe das Äquivalent dessen zu werden, was der Nahe Osten für das Erdöl ist. Die Bioverfahren sind eine einmalige Entwicklungschance für diese Länder. Brasilien hat auf diesem Gebiet bereits einen großen Vorsprung.

18F: In welchem Entwicklungsstadium befindet sich das Isobuten-Verfahren von Global Bioenergies?

Die Entwicklung eines solchen Verfahrens von der Idee bis zum ersten Kilogramm für den Handel dauert gemäß den verfügbaren Orientierungsdaten etwa sieben Jahre. Sie lässt sich in mehrere Phasen aufschlüsseln: Die erste Etappe besteht darin, den Konzeptbeweis zu erarbeiten. Insbesondere in unserem Fall war diese Etappe besonders schwierig, weil absolut neue wissenschaftliche Ergebnisse benötigt wurden, um die günstigsten Stoffwechselwege aufzubauen. Diese Phase ist jetzt für bestimmte Programme des Unternehmens abgeschlossen. Die Verfahren befinden sich jetzt in einer Entwicklungsphase, in der Aktivitäten zur Verbesserung des Stoffwechselwegs, der Konstruktion der Stämme und der Fermentation auf Laborebene kombiniert werden. Außerdem muss das Verfahren industrialisiert werden, das heißt, es muss bis zur endgültigen Größe (Hunderte von m3) in immer größeren Fermentern funktionieren.).

19F: Was wird ein Liter „biologischer Kohlenwasserstoff“ kosten?

Die Produktionskosten der biologischen Olefine werden bei Verwendung von Glucose aus Getreide 1,6 USD/kg betragen. Diese Kosten liegen unter dem derzeitigen Preis von Isobuten und Butadien, somit wäre das Verfahren unter aktuellen Marktbedingungen rentabel. Diese Bedingungen dürften sich in den kommenden Jahren noch verbessern, weil zu erwarten ist, dass die Preise von Isobuten und Butadien schneller ansteigen werden, als die Kosten für pflanzliche Ressourcen.

20F: Welche Auswirkungen wird das Isobuten-Bioverfahren auf die Beschäftigung haben, wenn es schließlich industrialisiert ist?

Bioverfahren schaffen industrielle Arbeitsplätze, die nicht ausgelagert werden können, weil sich die Produktionsstätten in der Nähe der pflanzlichen Rohstoffe befinden müssen. Bioverfahren stellen also ein hohes Beschäftigungspotential für Frankreich – dem in der europäischen Landwirtschaft führenden Land – dar und ebenso für alle Länder mit hohem landwirtschaftlichen Potenzial.

21F: Wird das Isobuten-Bioverfahren einen positiven Einfluss auf die Umwelt haben?

Die aus Pflanzen hergestellten Olefine weisen eine weit bessere Umweltbilanz auf, als die entsprechenden Produkte aus Erdöl. Dabei muss die gesamte Kette betrachtet werden: ausgehend vom Erdöl ist das Schema linear. Man extrahiert Erdöl, wandelt es in verschiedene Kraftstoffe oder Materialien um, die kurz- oder langfristig, nach der Verbrennung, als CO2in der Atmosphäre enden.

Die Olefine auf pflanzlicher Basis dagegen folgen einem anderen Zyklus: Sie werden von Pflanzen produziert und als Kraftstoff oder zur Herstellung von Materialien verwendet. Nach der Verwendung und Verbrennung befindet sich der Kohlenstoff ebenfalls in Form von CO2 in der Atmosphäre, das von neuem von den Pflanzen fixiert und in Pflanzenmaterial verwandelt wird. Letzteres kann dann verwendet werden, um biologische Olefine zu produzieren.

Wenn der Zyklus perfekt wäre, würden die Einsparungen an CO2-Emissionen 100 % betragen. Tatsächlich werden sie wahrscheinlich zwischen 20 und 80 % liegen, je nach verwendeter Pflanze. Diese ersten Schätzungen müssten anhand von Lebenszyklusanalysen im Lauf der industriellen Pilotstudien validiert werden.

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