Braunalgen – Von der Sushi-Bar zur Zapfsäule?

Bio-Ingenieure in einem kalifornischen Labor haben eine Methode entdeckt, mit der Ethanol aus Braunalgen gewonnen werden kann. Dies könnte die Produktion von Biotreibstoffen in der Zukunft vom Land ins Meer verlagern.

Braunalgen sind in Europa nicht gerade etwas, das die Menschen aus ihrem alltäglichen Leben kennen. Bestenfalls als vegetarische Beilage im Sushi-Restaurant ist das glibbrige Gewächs ein Begriff. Doch ausgerechnet das Unkraut aus dem Meer soll im Angesicht steigender Benzinpreise bald eine effizientere Option im Bereich der alternativen Kraftstoffe bieten. Das behauptet zumindest ein japanischer Bio-Ingenieur aus Kalifornien.

Die Grundidee ist dabei nicht neu. Denn schon lange sind Meeres-Algen für ihren hohen Zuckergehalt bekannt und erwecken deshalb die Begehrlichkeiten der Treibstoffforscher. Verschiedene Zuckergruppen können mit Bakterien durch Fermentierung in Ethanol verwandelt werden, eine der derzeit wichtigsten Komponenten alternativer Bio-Treibstoffe. Bei der Gewinnung setzen Wissenschaftler bislang überwiegend auf Produkte aus der Landwirtschaft: Mais, Zuckerrohr und Zuckerrüben.

Ethanol-Gewinnung weiter ineffizient

Auch wenn Fortschritte in der Wissenschaft in den vergangenen Jahrzehnten derartig  produzierten Sprit effizienter und ökonomischer gemacht haben, existieren Probleme nach wie vor. So muss zum Beispiel für Mais während Anbau und Ernte immer noch mehr Energie aufgewendet werden, als aus dem dabei erzeugten Ethanol gewonnen werden kann.

Der Umstand, dass alle derzeit relevanten Bio-Treibstoffe aus Nahrungsmitteln gewonnen werden, lässt weitere Engpässe entstehen. Menschen müssen von den selben Substanzen ernährt werden, Anbauflächen sind limitiert und benötigen Bewässerung.  Kein Wunder also, dass Forscher bereits seit Jahrzehnten versuchen, sich Algen zu Nutze zu machen. Denn Ozeane sind nicht den gleichen Restriktionen ausgesetzt wie Agrarland.

Durchbruch in Kalifornien

Das bis dato größte Hindernis für die Ethanol-Gewinnung aus dem Meer: die in den Algen am stärksten vertretenen Kohlehydrate sind die sogenannten Alginate, eine Zuckerkette, mit der herkömmliche Mikroben ihre Probleme haben, wenn es um  Fermentierung geht. Weder den in Labors oft genutzten industrieüblichen E. Coli-Bakterien noch zum Beispiel Hefekulturen gelingt es, diesen Algenzucker zu zersetzen und damit in Ethanol zu verwandeln.

Doch genau auf dieser Ebene gelang einem Forscherteam um den Japaner Yasuo Yoshikuni nun ein entscheidender Durchbruch. Zu Jahresbeginn berichtet die Gruppe von dem kalifornischen „Bio-Architektur Labor Berkeley“ (BAL) im Wissenschaftsmagazin „Science“, dass es ihnen gelungen sei, Alginate mit Hilfe von genetisch modifizierten E. Coli-Bakterien zu zersetzen. Nun steht der maritimen Ethanol-Produktion nichts mehr im Wege.

Frankenstein-Bakterien zersetzen Algen

Der Trick, der Yoshikuni schließlich den Erfolg bescherte: er sah sich nach geeigneten  Mikroben im Meer um. Dort stieß er auf das kleine Bakterium „Vibrio splendidus“, das Braunalgen schnell und effizient zersetzt. Anschließend wurden die relevanten genetischen Eigenschaften dieser Meeres-Bakterie erfolgreich in die Gen-Architektur der E. Coli-Bakterien eingeschleust. Wenn auf Braunalgen losgelassen, erzeugen diese kleinen Frankenstein-Mikroben innerhalb von sechs Tagen Ethanol mit einem Alkoholgehalt von etwa 4,7 Prozent – ein Vorgang der ein wenig an das Brauen von Bier erinnert.

Nun müssen die Forscher den Beweis antreten, dass die Methode sich auch in einer kommerziell relevanten Größenordnung anwenden lässt und dabei gleichermaßen wirtschaftlich und umweltfreundlich ist. Sollte das Projekt Erfolg haben, dann ist Yoshikuni überzeugt, dass Braunalgen eine relevante Treibstoffquelle der Zukunft werden können: „Wenn wir hierfür nur drei Prozent der Küsten unserer Weltmeere nutzen würden, könnten wir damit rund fünf Prozent des Mineralöl-Konsums ersetzen.“

Skepsis bei Kollegen

Experten warnen allerdings, dass bis dahin noch einige Zeit vergehen könnte. In der Fachzeitschrift „Nature“ betont ein weiterer Biotechnologie-Forscher, Stephen Mayfield von der Universität San Diego, dass es bei Biotreibstoffen nicht nur um die Frage gehe, ob komplexe Kohlehydrate in einfache Zucker zersetzt werden könnten oder nicht. „Das Problem sind die übrigen Schritte in dem Lebenszyklus der Alge, vom Züchten bis hin zum Transport der resultierenden Biomasse.“ Sein Kollege Yong-Su Jin von der Universität von Illinois pflichtet bei: „Wir stehen immer noch einer großen technologischen Lücke in Sachen groß angelegter Kultivation gegenüber.“

Yoshikuni ist hingegen optimistischer und hat bereits einen Plan für Massenproduktion. Er verweist darauf, dass es in Asien bereits Aquafarmen gebe, die Algen als Nahrungsmittel in kommerziell relevanten Mengen züchten – und dabei rund 15 Millionen Tonnen pro Jahr verarbeiten. Nun will er beweisen, dass sogar mehr möglich ist. Dazu entsteht derzeit eine Fabrikanlage in Chile, wo Algen mit Hilfe der genetisch modifizierten E. Coli-Stämme in größeren Mengen in Ethanol verwandelt werden sollen. „Wir glauben fest daran, dass Algen eine der umweltverträglichsten  Energiequellen der Zukunft werden können“, sagt Yoshikuni. Seine Algentreibstoff-Fabrik in Chile soll im Juli den Betrieb aufnehmen.

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