Bei der Verbrennung fossiler Rohstoffe gelangt verstärkt CO₂ in die Luft. Mittlerweile ist die CO₂-Konzentration in der Erdatmosphäre bereits auf etwa 400 Parts per Million (ppm) gestiegen – das entspricht 0,04 Prozent. Zum Vergleich: Bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts lag dieser Wert noch im Bereich von 280 ppm. Der hohe Anteil an Kohlenstoffdioxid wirkt sich deutlich auf das Klima aus. Seit dem 1. Januar 2021 werden die CO₂-Emissionen aus der Verbrennung fossiler Kraftstoffe daher bepreist – produzierende Unternehmen müssen also für ihre CO₂-Emissionen zahlen. Viele Betriebe suchen daher nach neuen Wegen. Wie lassen sich die Kosten, die mit der Bepreisung von CO₂-Emissionen verbunden sind, senken? Wie kann man den CO₂-Ausstoß durch biointelligente Prozesse reduzieren?

Katalytische Chemie und Biotechnologie – gewinnbringend verknüpft

Ansätze dazu entwickeln Forscherinnen und Forscher derzeit in den Projekten EVOBIO und ShaPID am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB. Beide Projekte bearbeiten sie im Verbund mit mehreren Fraunhofer-Instituten. »Wir nutzen das CO₂ als Rohstoffquelle«, sagt Dr. Jonathan Fabarius, Themenfeldleiter für die Mikrobielle Katalyse am Fraunhofer IGB. »Dazu verfolgen wir zwei Ansätze: Erstens die heterogene chemische Katalyse, bei der wir das CO₂ mit einem Katalysator zu Methanol umsetzen. Zweitens die Elektrochemie, mit der wir aus dem CO₂Ameisensäure produzieren.« Die Besonderheit liegt jedoch nicht allein in dieser CO₂-basierten Methanol- und Ameisensäureherstellung, sondern in der Kombination mit der Biotechnologie, genauer gesagt mit Fermentationen durch Mikroorganismen. Einfacher gesagt: Die Forscherinnen und Forscher stellen aus dem klimaschädlichen Abfallprodukt CO₂ zunächst einmal Methanol und Ameisensäure her. Diese nutzen sie wiederum als »Futter« für Mikroorganismen, die daraus weitere Produkte produzieren. Ein Beispiel für ein solches Produkt sind organische Säuren, die als Bausteine für Polymere verwendet werden – man könnte auf diese Weise CO₂-basierten Kunststoff herstellen. Auch Aminosäuren lassen sich so produzieren, etwa als Nahrungsergänzungs- oder Futtermittel.

Der neuartige Ansatz bietet zahlreiche Vorteile. »Wir können gänzlich neue Produkte realisieren, aber auch den CO₂-Fußabdruck klassischer Produkte verbessern«, konkretisiert Fabarius. Während konventionelle chemische Prozesse viel Energie und teilweise toxische Lösungsmittel benötigen, lassen sich die Produkte mit Mikroorganismen bei milderen und energieeffizienteren Bedingungen produzieren – schließlich wachsen die Mikroben in umweltfreundlicheren wässrigen Lösungen.