Forschungserfolg: CO₂-Fixierung bei der Herstellung von Bernsteinsäure

Hefezellen produzieren Bernsteinsäure aus Glycerol

13.10.2022 - Deutschland

Als Geschmacksverstärker, zur Herstellung von Farbstoffen, pharmazeutischen Produkten und Biopolyestern: Bernsteinsäure ist eine vielseitig einsetzbare Grundchemikalie. Ein Team um die Molekularbiologin Professor Dr. Elke Nevoigt von der Jacobs University Bremen hat ein Verfahren entwickelt, das die Erzeugung von Bernsteinsäure ökonomischer und ökologischer macht – unter anderem durch die effektivere Einbindung von Kohlendioxid (CO₂). Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert das Projekt für weitere drei Jahre.

Eine Vielzahl von Produkten der chemischen Industrie basiert auf fossilen Rohstoffen wie Öl, Gas oder Kohle. Gesucht wird nach Alternativen aus nachwachsenden Rohstoffen und Pflanzenabfällen. Das gilt auch für die Produktion von Bernsteinsäure. Sie kann aus Erdöl, aber auch durch Fermentation aus Stärke und Zucker gewonnen werden.

Nevoigt nutzt als alternative Kohlenstoffquelle Glycerol. Sie forscht bereits seit mehr als zehn Jahren an diesem Nebenprodukt der Biodieselherstellung. „Das ist spannend, da Glycerol eine hohe Elektronendichte hat“, erläutert die Wissenschaftlerin. „Verglichen mit Zuckern erhält man pro eingesetztem Kohlenstoff so eine höhere Ausbeute an Bernsteinsäure.“

In dem mikrobiellen Herstellungsprozess von Bernsteinsäure setzt ihre Arbeitsgruppe in Zusammenarbeit mit der TU Delft in den Niederlanden zudem das Treibhausgas Kohlendioxid ein. „Glycerol besteht aus drei Kohlenstoffatomen, CO₂ aus einem. In der Summe kommen wir also auf vier – wie in der Bernsteinsäure, die wir produzieren wollen“, erklärt Nevoigt. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht in seiner Energieeffizienz und Umweltwirkung. Mit Glycerol als Rohstoff lässt sich im Vergleich zu Zuckern nicht nur mehr Bernsteinsäure produzieren, sondern auch gleichzeitig mehr Kohlendioxid fixieren.

Nevoigt nutzt in einem erweiterten Forschungsansatz die Vorteile, welche die Bäckerhefe im Herstellungsprozess der Bernsteinsäure mitbringt. Beispielsweise ist die Hefe im Vergleich zu Bakterien widerstandsfähiger gegenüber niedrigen pH-Werten, was den Produktionsprozess stabiler und vor allem kostengünstiger macht. Die Arbeitsgruppe forscht nun daran, das Verfahren weiter zu optimieren. Die Hefezellen sollen aus Glycerol noch mehr Bernsteinsäure produzieren. „Die Verbesserung der Energiebilanz der Zelle würde es erlauben, mehr Kohlenstoff in das Zielprodukt Bernsteinsäure einzubauen“, so Nevoigt.

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