de.wedoany.com-Bericht: Ein Forschungsteam unter der Leitung der Charité – Universitätsmedizin Berlin hat das Projekt CarboNcare gestartet, das darauf abzielt, Methanol mithilfe von Bakterien in chemische Grundstoffe wie Milchsäure, Bernsteinsäure und 2,3-Butandiol umzuwandeln, um fossile Rohstoffe zu ersetzen. Das Projekt wird vom Europäischen Innovationsrat (EIC) mit einem Pathfinder Grant in Höhe von 3,1 Millionen Euro gefördert, der speziell bahnbrechende Innovationen mit hohem Marktpotenzial unterstützt.
Alltagsgegenstände wie Kunststoffe, Medikamente und Kosmetika basieren größtenteils auf fossilen Rohstoffen. Die chemische Industrie ist stark von begrenzten Ressourcen wie Erdöl, Erdgas oder Kohle abhängig, während Alternativen auf Zucker- und Biomassebasis Land benötigen und mit der Lebensmittelproduktion konkurrieren. Dr. Steffen Lindner-Mehlich, Leiter des CarboNcare-Projekts am Institut für Biochemie der Charité, erklärt, dass das Ziel darin bestehe, Chemikalien ohne fossile oder pflanzliche Rohstoffe herzustellen und so die Nachhaltigkeit der chemischen Industrie voranzutreiben, ohne die Ernährungssicherheit zu gefährden. Das Team setzt dabei auf verschiedene biotechnologische Ansätze.
Die Forscher streben eine Kreislaufwirtschaft für Kohlendioxid an, bei der das bei der Verbrennung von Kunststoffprodukten am Ende ihres Lebenszyklus freigesetzte CO₂ als Produktionsgrundlage dient und so einen emissionsfreien Kohlenstoffkreislauf bildet. Die Gewinnung von Methanol aus der Luft ist bereits machbar – ein zentraler Grundstoff für die chemische Industrie.
Der Kern des CarboNcare-Projekts ist die Umwandlung von Methanol in wichtige Zwischenprodukte wie Milchsäure, Bernsteinsäure und 2,3-Butandiol. Diese Produkte werden in Medikamenten (z. B. Tablettenüberzüge), Lebensmitteln (z. B. Konservierungs- und Geschmacksverstärker), Biokunststoffen, Kosmetika (z. B. Lippenstifte, Cremes) sowie in Kautschuk für die Reifenherstellung verwendet. Das Team modifiziert die Bakterienstämme Escherichia coli und Pseudomonas putida genetisch, sodass sie Methanol „fressen" und die Zielmoleküle ausscheiden können. Dr. Steffen Lindner-Mehlich erklärt, dass Bakterien ihre Energie normalerweise für ihr eigenes Wachstum und nicht für die Chemikalienproduktion nutzen. Daher verknüpft das Team das Bakterienwachstum mit der Produktion der Zielprodukte, sodass die Bakterien beim Wachstum gleichzeitig die Zielmoleküle erzeugen. Diese Methode steigert die Ausbeute und macht den Prozess robuster und planbarer – entscheidend für industrielle Anwendungen.
Das Projektteam plant, zunächst die biochemischen Stoffwechselprozesse der Bakterien am Computer zu simulieren, bevor die Organismen modifiziert werden. Dr. Steffen Lindner-Mehlich betont, dass neben der Molekularbiologie auch die industrielle Skalierung im Fokus steht. Die Fermentationsprozesse müssen so ausgelegt sein, dass sie im industriellen Maßstab zuverlässig ablaufen, und werden auf ihre ökologische Bilanz und Wirtschaftlichkeit analysiert. Die acht europäischen Forschungs- und Industriepartner im CarboNcare-Projekt bringen interdisziplinäres Fachwissen ein.
Dr. Steffen Lindner-Mehlich hofft, eine nachhaltige Alternative für die chemische Industrie zu entwickeln, die mit bestehenden Produktionsmethoden konkurrieren kann und eine klimaneutrale Herstellung von Alltagsgegenständen wie Kunststoffen und Kosmetika ermöglicht. Die Marktnachfrage nach Grundchemikalien zeigt das enorme Potenzial: Allein der globale Markt für Milchsäure hatte 2021 ein Volumen von rund 2,9 Milliarden Euro und wächst weiter.
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