UFZ-Newsletter Dezember 2015

4 UFZ-Newsletter | Dezember 2015 Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ erneuerbarer Ressourcen im Rahmen von Kreislaufwirtschaftskonzepten. Schmid ist davon überzeugt, dass die Biotechnologie einen großen Beitrag leisten kann, um im Laufe der kommenden Jahrzehnte weitge- hend auf fossile Energieträger verzichten zu können. Mit seinen derzeit knapp zwei Dutzend Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern vereint SoMa dabei die notwendige Grundlagenfor- schung mit technischem Entwicklungswis- sen. Vielversprechende Resultate im Labor sollen bis zur technologischen Reife einer Pilotanlage entwickelt werden. Damit steigt die Wahrscheinlichkeit, dass industrielle Partner eine Idee aufgreifen und im großen Maßstab umsetzen. Biokatalyse für eine umfassende Energiewende „Mit der Biokatalyse erschließen wir ein völ- lig neues, nachhaltiges Feld der Herstellung von Energieträgern“, sagt Andreas Schmid. Über eine biotechnologisch optimierte Photosynthese könnte die klimafreundliche Versorgung mit Treibstoffen und Wärme – wir mit den Cyanobakterien in etwa zehn Jahren besser sein als die herkömmliche Elektrolyse“, ist Schmid überzeugt. UFZ-Department „Solare Materialien“ Babu Halans eingangs geschildertes Expe- riment ist nur eines von vielen, das unter der Leitung von Professor Andreas Schmid im Bereich der weißen Biotechnologie am UFZ erste Ergebnisse liefert. Der Biotechno- loge leitet das vor zwei Jahren gegründete Department „Solare Materialien“ – kurz SoMa. Mit diesem Department erweitert das UFZ sein Portfolio um einen integrierten biotechnologischen Forschungsansatz, der Expertisen aus der Systembio(techno)logie, der mikrobiellen Physiologie, der Biochemie und der Verfahrenstechnik vereint. Ziel ist es – vor dem Hintergrund einer wachsenden Erdbevölkerung, des Klimawandels sowie immer knapper werdender Ressourcen –, den Übergang zu einer nachhaltigen Bio ökonomie mitzugestalten. Denn neben einem Rahmen für die Transformation fehlt es vor allem an innovativen Technologien zur energetischen und stofflichen Nutzung zwei bisher vernachlässigte Bereiche einer auf neue Stromquellen fixierten Energiewen- de – leichter erreicht werden. Die Wasserstoff produzierenden Anlagen könnten – wie heute schon Solarkollek- toren – auf Hausdächern installiert werden und jährlich jedes Eigenheim mit bis zu 4.000 Kilogramm Wasserstoff versorgen. Zum Vergleich: Schon heute reicht Elektro fahrzeugen mit Brennstoffzellen ein Kilo- gramm Wasserstoff, um etwa 100 Kilometer weit fahren zu können. Das zudem gut speicherbare Gas ließe sich natürlich auch in kleinen Blockheizkraftwerken im Keller zur Eigenversorgung mit Strom und Wärme nutzen, Überschüsse sogar in das bereits vorhandene dichte Netz an Erdgasleitungen bis zu einem Mischungsanteil von zehn Prozent einspeisen. Solarer Wasserstoff vom Hausdach Andreas Schmid ist sich bewusst, dass der Weg zu dieser nachhaltigen und wirtschaft- lichen Nutzung der bioartifiziellen Photosyn- these noch weit ist: „Bis zu einer Pilotanlage rechne ich schon mit 10 bis 15 Jahren“. Denn es sind noch eine Reihe von Hürden zu überwinden – sowohl was die bioche- mischen Grundlagen, die technologische Umsetzung, als auch die Vermarktung eines solchen Verfahrens betrifft. Umso wichtiger ist es ihm, ein motiviertes Team kompetenter Kollegen – vom Mikro- biologen bis zum Verfahrenstechniker – für dieses Ziel zu begeistern. Genau das ist Schmid dank der Kontakte aus seinen früheren Forschungsstätten an der ETH in Zürich und an der TU Dortmund gelungen. Katja und Bruno Bühler, beides frühere Kol- legen und Biotechnologie-Experten, folgten Schmid nach Leipzig. Beide übernehmen in gemeinsamer Berufung mit den Universitä- ten in Dresden und Halle zentrale Aufgaben bei der Umsetzung der biotechnologischen Wasserstofferzeugung mit Cyanobakterien. So anspruchsvoll das Forschungsziel ist, so einzigartig ist die eng vernetzte Forschungs- Wasserstoff – ein nahezu unbegrenzt verfügbares Element und voller Energie Wasserstoff ist das leichteste und im Universum das häufigste (92,7 %) Element. Er wurde 1766 durch den englischen Chemiker und Physiker Henry Cavendish entdeckt und anfangs als „brennende Luft“ bezeichnet. Vorwiegend liegt er gebunden im Wasser, dem Oxid des Wasserstoffs, vor. Er ist ein farbloses, geruchloses Gas und verbrennt an der Luft zu reinem Wasser. Daher auch der Name Wasserstoff (lat. hydrogenium, Wasserbildner). Im Gemisch mit Luft bildet sich explosives Knallgas. Die Reaktionsfreudigkeit von Wasserstoff ist Voraussetzung dafür, dass er mithilfe einer Brennstoffzelle in Strom und Wärme umge- wandelt werden kann. Anwendungsgebiete sind Luft- und Raumfahrt, KfZ-Antriebstechnologie oder Haustechnik. Die Herstellung von Wasserstoff erfolgt bislang fast ausschließlich aus fossilen Primärenergien, vorrangig Erdgas und Erdöl, wobei CO2 emittiert wird. Er gilt jedoch als Energieträger der Zukunft. Denn wenn er aus erneuerbaren Energien wie Wind, Sonne oder Bio- masse gewonnen wird, verursacht er keine schädlichen Emissionen. hWasserstoff 1,0079 1 1 2,2 „Die Bioökonomie ist die wissensbasierte Erzeugung und Nutzung biologischer Ressourcen, um Produkte, Verfahren und Dienstleistungen in allen wirtschaftlichen Sektoren im Rahmen eines zukunftsfähigen Wirtschaftssystems bereitzustellen.“ (Bioökonomierat 2015) Grafik:noonoxmedia Erneuerbare Energien Erneuerbare Wertstoffe Bioökonomie (natürliche und soziale) Umwelt Biotechnologie Steuerungsfragen Integrierte Systemanalyse 12,2

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