Energiewende: Mikroreaktoren aus Algen erzeugen Wasserstoff

Ein britisch-chinesisches Forschungsteam hat den Photosyntheseprozess von Algen umfunktioniert.

Artikel veröffentlicht am 26. November 2020, 12:35 Uhr, Werner Pluta

Chlorella-Algen (Symbolbild): vielseitiger Bioreaktor (Bild: Andrei Savitsky/Wikipedia/CC-BY 4.0)

Wasserstoff gilt als der Energieträger der Zukunft. Doch ihn zu gewinnen, ist aufwendig. Elektrolyse mit Windstrom gilt als eine zukunftsträchtige Technik. Vielleicht können aber auch Algen die Aufgabe übernehmen.

Ein internationales Forschungsteam der Universitäten von Bristol in England und Harbin in China hat Algen der Gattung Chlorella dazu gebracht, durch Photosynthese nicht wie üblich Sauerstoff, sondern Wasserstoff zu erzeugen. Die Arbeit ist noch in einem frühen Stadium. Sie stelle aber einen vielversprechenden Schritt hin "zur photobiologischen Wasserstoffproduktion unter aeroben Bedingungen" dar, schreibt das Team in einem Aufsatz, der in der Fachzeitschrift Nature Communications erschienen ist.

Im Zentrum fehlt es an Sauerstoff

Das Team hat in zuckerhaltigen Tröpfchen Algenzellen eingefangen, etwa zehntausend in jedem Tröpfchen. Die Tröpfchen wurden dann per osmotischer Kompression verdichtet. Die Algen wurden dadurch in das Zentrum des Tröpfchens befördert, wo nur wenig Sauerstoff zur Verfügung stand.

Durch den Sauerstoffmangel werden spezielle Enzyme aktiviert, die Hydrogenasen, die den normalen Photosyntheseprozess zur Wasserstofferzeugung umfunktionieren: Die Algen spalten Wasser und nehmen den Sauerstoff auf. Der Wasserstoff ist dann das Abfallprodukt. Um die Ausbeute zu erhöhen, hat das Team seine Algenreaktoren mit einer dünnen Hülle aus aeroben Bakterien überzogen, wodurch sich die Zahl der Algenzellen in den Tröpfchen erhöhte.

Hefe produziert Ethanol

"Unsere Methode ist einfach und sollte ohne Beeinträchtigung der Lebensfähigkeit der lebenden Zellen skalierbar sein", sagte Xin Huang. "Sie scheint auch flexibel zu sein. Wir haben kürzlich beispielsweise eine große Anzahl von Hefezellen in den Tröpfchen eingefangen und die mikrobiellen Reaktoren für die Produktion von Ethanol verwendet."

Xin ist Chemiker am Harbin Institute of Technology in der nordostchinesischen Provinz Heilongjiang. Auf der englischen Seite waren Stephen Mann und seine Kollegin Mei Li von der School of Chemistry in Bristol an dem Projekt beteiligt.

Wasserstoff ist ein Brennstoff mit einem hohen Energiegehalt. Das Problem ist, dass seine Gewinnung mit einem hohen Energieaufwand verbunden ist. Es werden deshalb Verfahren gesucht, die das mit sauberer Energie umsetzen, etwa mit Windstrom. Eine andere Möglichkeit ist die künstliche Photosynthese, also die Nachbildung des Prozesses, mit dem Pflanzen Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten.

Neben der genannten arbeiten auch andere Forschergruppen an der Wasserstofferzeugung mit Hilfe von Algen, darunter die Ruhr-Universität Bochum und beim Mineralölkonzen Exxon Mobil.