Gentechnisch modifizierte Bakterien
Technologie-Check
Definition und Wirk-/Funktionsprinzip
Gentechnisch optimierte Mikroorganismen wandeln CO2 in Biochemikalien wie Formiat, organische Säuren, Biopolymere oder Proteine um. Häufig wird elektrische Energie oder Formiat als zusätzlicher Energie- und Elektronenträger genutzt (mikrobielle Elektrosynthese). Die Technologie arbeitet unter milden Bedingungen, erlaubt eine hohe Selektivität und Produktvielfalt, befindet sich aber überwiegend noch im Labor- und Pilotstadium. Profitieren können vor allem Fein- und Spezialchemie, Hersteller biobasierter Polymere und Proteine sowie Betreiber biogener Anlagen, die ihre CO2-Ströme in hochwertige Zwischen- und Endprodukte überführen wollen.
Kennzahlen und Reifegrad (Richtwerte)
- Technologischer Reifegrad (TRL): 4–6
- Energiebedarf: 1.000–2.000 kWh je t Produkt (Rührer, Gaseintrag, Bio-Elektrosynthese)
- Wasserstoffverbrauch: 0 > Typische Modul-/Pilotgröße: Fermenter mit 0,1–10 m3 Reaktorvolumen (oft Container-basiert)
- Typischer Durchsatz: 1–10 kg Produkt pro Tag
- Anforderungen an den CO2-Strom: ≥ 60 Vol.-% CO2, sauerstofffrei, < 10 ppm Schwefel/Chlor
- Typische Produkte: Formiat, organische Säuren, Biopolymere und andere Spezialchemikalien
Quelle: THINKTANKirs Publikation: CCU-Technologien: Status Quo und Zukunftsperspektiven
SWOT-Analyse
Stärken
- Hohe Selektivität und Produktvielfalt; milde Prozessbedingungen
- Potenzial für hochwertige Zwischen- und Endprodukte (z. B. Spezialchemikalien/Proteine/Polymere)
Schwächen
- Niedriger Reifegrad (TRL 4–6) und überwiegend Labor-/Pilotstadium
- Aktuell eher kleine Durchsätze (typisch 1–10 kg Produkt/Tag) und Pilotgrößen (Fermenter 0,1–10 m³)
- Hohe Anforderungen an den CO2-Strom (≥60 Vol.-% CO2, sauerstofffrei, sehr niedrige Schwefel-/Chlor-Gehalte)
Chancen
- Einsatz v. a. in Fein-/Spezialchemie sowie bei Herstellern biobasierter Polymere/Proteine; Aufwertung biogener CO2-Ströme zu höherwertigen Produkten
- Kopplung mit mikrobieller Elektrosynthese kann neue Produktionsplattformen für Plattformchemikalien (z. B. organische Säuren) eröffnen
Risiken
- Energieintensität kann Wirtschaftlichkeit und Klimanutzen belasten (Richtwert 1.000–2.000 kWh je t Produkt)
- Skalierung und Prozessstabilität (insb. bei elektrobiologischen Systemen) sowie Abhängigkeit von sehr reinen Prozessgasen
Erfolgsbeispiel
Am Indian Institute of Technology (IIT) Kharagpur wurde ein 6 m3 -Pilotreaktor entwickelt, der CO2 aus Biogas mittels mikrobieller Elektrosynthese zu Essigsäure umsetzt. Die elektrochemisch unterstützte Biokonversion erreicht eine coulombische Effizienz von rund 78% und verbessert gleichzeitig die Biogasqualität durch Erhöhung des Methananteils. Das Projekt illustriert das Potenzial, biogene CO2-Ströme in chemische Plattformprodukte zu überführen.
