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Vorbild Photosynthese

Biotechnisch optimierte Bakterien verwandeln CO2 in Plastik und Benzin

Bakterien, die durch Nanoquantenpunkte optimiert wurden, erzeugen aus CO2, Stickstoff und Sonnenlicht kohlenstoffhaltige Produkte wie Plastik und Benzin. In Zukunft könnte diese einfach anzuwendende Technik direkt beim Verbraucher eingesetzt werden.

Boulder (U.S.A.). Wissenschaftler der University of Colorado haben einen Bio-Nano-Hybrid entwickelt, dessen Mikroben aus CO2 und Stickstoff  unter dem Einsatz von Solarenergie verschiedene Produkte wie biologisch abbaubaren Kunststoff, Benzin, Ammoniak und Diesel erzeugen. Der Prozess läuft laut des im Fachmagazin Journal of the American Chemical Society veröffentlichten Artikels nachdem Vorbild der Photosynthese ab. Die Wissenschaftler rund um Prashant Nagpal erhoffen sich so, Grundstoffe auf umweltfreundliche Weise erzeugen zu können und gleichzeitig den Klimawandel zu verlangsamen, da das Treibhausgas Kohlendioxid aus der Atmosphäre der Erde entfernt wird.

Andere Universitäten, die ebenfalls ähnliche Ansätze verfolgen sind bisher daran gescheitert eine Methode zu finden, die einen Einsatz im großem industriellen Umfang ermöglicht. Der nun vorgestellte Nano-Bio-Hybridorganismus unterscheidet sich von vorherigen Ansätzen dadurch, dass die Syntheseschritte der Bakterien durch nicht lebende Nanostrukturen unterstützt werden.

Lebende Fabriken für nachhaltige Chemieprodukte

Die Optimierung der Bakterien erfolgt durch sogenannte Nanoquantenpunkte. Es handelt sich dabei um winzige Halbleiterstrukturen, die vergleichbar mit einzelnen Pixeln eines Display sind. Die Wissenschaftler haben Nanoquantenpunkte in die biologischen Zellen der Bakterien verpflanzt und anschließend durch eingestrahltes Licht aktiviert. Dies sorgt dafür, dass die Nanoquantenpunkte die Zellen zur Produktion verschiedener Enzyme zwingen, die als Katalysatoren die weitere chemische Synthese, die Stickstoff und CO2 in andere Substanzen umwandelt, beschleunigt.

Im Gegensatz zu anderen Versuchen soll der Prozess laut Nagpal „sehr gut funktionieren“ und nicht „nach einer gewissen Zeitlich deutlich langsamer werden.“ In Zukunft können die lebenden Fabriken laut den Autoren der Studie nachhaltig kohlenstoffhaltiger Chemieprodukte erzeugen, da die "Innovation die Leistungsfähigkeit biochemischer Prozesse beweist."

Mikroben aus dem Gartenboden

Die genutzten Mikroben treten laut dem Artikel in Massen auf und lassen sich beispielsweise in jedem Gartenboden finden. Nachdem Verpflanzen der Nanoquantenpunkte leben die Bakterien in einer wässrigen Nährlösung, auf deren Oberfläche sich die produzierten Materialien sammeln und von dort herausgefiltert werden können.

Während der Experimente zeigte sich sogar, dass durch eine Veränderung der Wellenlänge des Lichts ausgewählt werden kann, welches Produkt die Bakterien synthetisieren. Bei rotem Licht verarbeiteten die Bakterien vor allem CO2 zu Plastik, während bei grünem Licht vor allem Stickstoff zu Ammoniak umgewandelt wurde.

In Zukunft könnte die Technologie soll Nagpal in Haushalten dafür eingesetzt werden Bioplastik zu erzeugen. Der Einsatz ist laut dem Wissenschaftler nicht komplexer als die Produktion von Bier, die bereits heute von vielen Personen als Hobby zuhause betrieben wird.  

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