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Ausgabe 02/2006
Wasserstoff

Pack die Alge in den Tank

Wasserstoff hat das Potenzial, ein wichtiger Energieträger zu werden. Noch stammen allerdings mehr als 90 Prozent des federleichten Energiespeichers aus fossilen Brennstoffen. Das kostet Energie und setzt Kohlendioxid frei. Alge plus Sonne plus Wasser lautet das Rezept, mit dem ein direkterer und umweltfreundlicherer Weg beschritten werden könnte.


Die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii (Fotos: Universität Bielefeld und Boyce Thompson Institute)
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Mikroalgen wie Grünalgen oder Cyanobakterien erzeugen unter bestimmten Wachstumsbedingungen mithilfe eines Biokatalysators, der Eiweißverbindung Hydrogenase, Wasserstoff. Die notwendige Energie hierfür stammt aus der Fotosynthese. Damit die Einzeller es sprudeln lassen, bedarf es allerdings eines Tricks: Normalerweise verwandeln Pflanzen die aus dem Sonnenlicht stammende Energie in chemische Energie, die dann sozusagen als Treibstoff für den Aufbau von Biomasse verwendet wird. Setzt man Algen jedoch auf Schwefeldiät, funktioniert die Fotosynthese nur noch unvollständig, die Zelle kann die gebundene Energie nicht mehr sinnvoll verwerten und entsorgt sie als Wasserstoff.


Unter Stress, d.h. Schwefel- und Sauerstoffmangel, beginnt die Algen­kultur, Wasser­stoff zu erzeugen. (Foto: Ruhr-Universität-Bochum)
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Das Grundprinzip ist einfach, auf dem Weg zur wirtschaftlichen Verwertung stehen jedoch noch zwei hohe Hürden: Die meisten Hydrogenasen sind extrem sauerstoffempfindlich. Zurzeit läuft die Biowasserstofffabrik auf Algenbasis daher nur unter striktem Sauerstoffabschluss und das zudem mit viel zu geringer Wasserstoff-Ausbeute. Auf der Suche nach der Turboalge mit sauerstoffunempfindlicher Hydrogenase verfolgen Forschergruppen weltweit verschiedene Konzepte: Natürliche Auslese und gentechnisches Tunen, lautet das eine Prinzip, bei dem geeignete Algenstämme sowohl durch Veränderung der Hydrogenase selbst wie auch durch Optimierung des zellulären Prozesses auf hohe Produktionsraten getrimmt werden. Isolieren und neu kombinieren ist der andere Ansatz: Hier extrahieren Wissenschaftler die an der Wasserstoffproduktion beteiligten Komponenten aus den Zellen, bringen sie auf künstliche Membranen auf oder schleusen sie in Bakterien ein. In einem dritten Ansatz versucht man die Wirkungsweise der Hydrogenasen zu entschlüsseln und sie chemisch nachzubauen.


Arbeiten unter Wasserstoff-Abschluss zur Isolierung der Hydrogenase (Foto: Ruhr-Universität-Bochum)
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Inzwischen existieren bereits Turboalgen, die bis zu 100mal mehr Wasserstoff produzieren als normale Algen. Der Wirkungsgrad liegt mit derzeit maximal zwei Prozent jedoch immer noch weit vom ökonomisch Notwendigen entfernt. Zurzeit bräuchte man für die Energieversorgung eines Drei-Personen-Haushaltes rund 50 Kubikmeter Algenkultur. Zum Vergleich: Wasserstoff-Erzeugung mit Solarzellen hat einen Wirkungsgrad zwischen 10 bis 15 Prozent. Wird der Wasserstoff konventionell aus fossilen Energieträgern über ein Dampfreformierungsverfahren hergestellt liegt der Wirkungsgrad bei 70 bis 80 Prozent.

Das Ende der Fahnenstange ist für die Biowasserstoff-Fabriken aber bei weitem noch nicht erreicht. Wissenschaftler bescheinigen den biologischen Systemen gute Chancen, in den nächsten zehn Jahren den Wirkungsgrad noch deutlich zu steigern und mit der Photovoltaik gleichzuziehen. Bis jedoch Bio-Wasserstoff im großtechnischen Maßstab erzeugt wird, dürften noch 20 bis 25 Jahre ins Land gehen.

Regina Link