Kooperationen:
Dr. Martin Kerner (SSC GmbH)
E.ON Hanse AG
Beteiligte Promovierende:
Ines Krohn (C1-REM): Interaktion zwischen autotrophen und heterotrophen Mikroorganismen in Photobioreaktoren
Janine Maimanakos (C1-REM): Neuartige Carboxylierungs- und Decarboxlierungsreaktionen aus Metagenomen
Hintergrund und wissenschaftlicher Ansatz: Es besteht die Notwendigkeit zukunftsweisende Technologien zur Energie- und Nahrungsmittelproduktion zu entwickeln, die unsere natürliche Umwelt nicht weiter belasten. Die biologische Fixierung des Treibhausgases CO2 per Photosynthese und die Produktion von erneuerbarer Energie mit Hilfe von Pflanzenbiomasse sind Möglichkeiten zukünftiger Klimaveränderungen entgegen zu wirken und zur Energieversorgung der Menschheit beizutragen. In diesem Zusammenhang wird das Potential von Algenbiomasse untersucht regenerative Energie zu erzeugen, wirtschaftlich wertvolle Substanzen zu synthetisieren und CO2 aus Rauchgasen zu nutzen, bevor es in die Atmosphäre gelangt und zum Treibhauseffekt beiträgt. Einzellige Algen und Cyanobakterien sind aufgrund ihrer Morphologie deutlich besser geeignet als höhere Landpflanzen, um mittels hoher Photosyntheseraten Sonnenenergie chemisch zu fixieren und große Mengen an CO2 zu speichern [1]. So sind die fossilen Energieträger Erdöl und Erdgas bei hohen atmosphärischen CO2-Gehalten in der Erdgeschichte (Kreidezeit) zum großen Teil aus aquatischen Mikroorganismen entstanden [2]. Im Projekt TERM (Technologien zur Erschließung der Ressource Mikroalgen) wird das Potential von Mikroalgen untersucht CO2 aus Kraft- und Zementwerken zu verwerten und in organischer Biomasse zu fixieren, die dann zur chemischen, biotechnologischen oder energetischen Verwertung weiter genutzt wird. Dafür wurde eine Photobioreaktoranlage mit Anschluss an ein Blockheizkraftwerk (E.ON Hanse) im Freiland entwickelt in der Algen kontinuierlich zum Wachstum angeregt und geerntet werden. Die Mikroalgen wachsen dabei in einer Gemeinschaft mit Bakterien, die die organischen Exsudate (Kohlenhydrate, Proteine, Fettsäuren, Vitamine und Aminosäuren) der Algen nutzen und durch enzymatische Verwertung dieser Stoffe wiederum Nährstoffe für die Algen erzeugen. Eine stabile Gemeinschaft aus Algen und Bakterien sichert eine gesunde Algenkultur die auch dann den schädlichen Bestandteilen aus den Rauchgasen (z.B. NOx, SO2, CO) standhält. In dem oben genannten Projekt wird die Zusammensetzung und die Wechselwirkungen zwischen Bakterien (AG Streit) und Algen (AG Hanelt) untersucht, die problematische werden kann, wenn ein übermäßiges Bakterienwachstum zum Absterben der Algen oder zu Biofilmen führt. Dies führt zu Biofouling auf Oberflächen und verringert das Eindringen der natürlichen Sonnenstrahlung in die Reaktoren, so dass die Photosynthese-raten der Algen und somit die CO2 Fixierung abnimmt. Gleichzeitig wird nach neuen Wegen gesucht die anfallende Biomasse als Wertstoff mit Hilfe neuer biotechnologischer Prozesse zu verwerten und daraus hochwertige Produkte zu generieren.
[1] Epobio (2007). Micro-and macroalgae: utility for industrial applications, CNAP, University York, Cpl Press, 82 pages.
[2] Weissert H., Mc Kenzie J.A. (2004). CO2 und Gesteinsarchive ,ETH Bulletin 293, 6-9
Publikationsliste der Teilprojektleiter und Promovierenden zu diesem Thema:
[1] Hanelt, D.,Wiencke, C.,Bischof, K. (2003). Photosynthesis in Marine Macroalgae, In: Photosynthesis in Algae, Larkum W.A., Douglas E., Raven J.A (eds.) Advances in Photosynthesis and Respiration, Kluwer, Vol.14, pp 413-435
[2] Schipper, C., C. Hornung, P. Bijtenhoorn, M. Quitschau, S. Grond, and W. R. Streit. (2009). Metagenome-derived clones encoding for two novel lactonase family proteins involved in biofilm inhibition in Pseudomonas aeruginosa. Appl. Environ. Microbiol. 75:224-233.
[3] Schmeisser, C., H. Steele, and W. R. Streit. (2007). Metagenomics, biotechnology with non-culturable microbes. Appl. Microbiol. Biotechnol. 75:955-62.
Web-Verknüpfungen:
Dieter Hanelt http://www.biologie.uni-hamburg.de/bzf/zeph/zeph.htm
Wolfgang Streit http://www.mikrobiologie-hamburg.de
Andreas Pommerening-Roeser http://www.mikrobiologie-hamburg.de
