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BioABC – Biologische Umwandlung von Abfall zu Butanol mit CO2 Fixierung

Im Projekt Bio-ABC soll ein zweistufiger Prozess für die Fixierung von CO2 entwickelt werden. Im ersten Schritt soll das fixierte CO2 in eine Speicherchemikalie (Essigsäure) umgewandelt werden, die dann in einem weiteren zweiten Prozessschritt zu einem Alkohol umgewandelt wird. Durch das zweistufige System bietet diese Lösung ein hohes Maß an Flexibilität und Weiterentwicklungsmöglichkeiten.

Kurzbeschreibung

Die Hauptproduzenten von CO2 in Österreich sind große Industirebetriebe wie die Stahlindustrie und Raffinerien. Die Vision einer CO2 neutralen Zukunft legt eine Reduktion der CO2 Emissionen sowie ein Übergang zu grünen Energiequellen nahe. Ein großes Problem bei der biologischen Nutzbarkeit von CO2 besteht darin, dass es chemisch relativ inaktiv ist und daher eine zusätzliche Energiequelle nötig ist. Neben Licht und Strom kommen auch Wasserstoff und Abfallströme in Frage. Wasserstoff zeichnet sich vor allem durch die Möglichkeit erneuerbarer Produktion aus, die auch im Rahmen der Vorezeigeregion Energie evaluiert wird. Auch Abfall ist eine ist eine vielversprechende Energiequelle, da in Österreich jährlich in etwa 62 Mio. Tonnen anfallen.

Anhand dieser Fakten wurde ein zweistufiger Prozess skizziert: in einer ersten Stufe wird mit einem acetogenen Mikroorganismus CO2 und H2 in eine Zwischenspeicherchemikalie (Essigsäure) umgewandelt, die dann im zweiten Prozess für die Produktion eines Alkohols mit einem rekombinanten Organismus genutzt wird. In beiden Prozessen soll eine CO2 Fixierung stattfinden und es kann Abfall beigefügt werden. Auch sollen statt synthetischen Mischungen reale Abgasströme aus der Industrie zur Anwendung kommen. Der Haus- und Hoforganismus Escherichia coli bietet für die zweite Stufe großes Potential, da genetische Manipulation leicht möglich. So soll der Organismus verändert werden um neben einer effizienten Acetataufnahme und der Produktion des gewünschten Alkohols auch eine zusätzliche CO2 Fixierung zu erreichen. Neben genetischen Methoden wie Crispr/Cas9 und Golden Gate Cloning kommen auch Selektionsstrategien, wie zum Beispiel zur Adaption des Organismus an hohe (toxische) Isobutanolkonzentrationen zum Einsatz.

Ausgangssituation

Es gibt bereits einige Prozesse zur Nutzung von acetogenen Organismen für die Produktion von Acetat und anderen Chemikalien, jedoch immer mit geringen Raum-Zeit-Ausbeuten und kaum in Verwendung mit Industrieabgasströmen. E. coli ist ein sehr gut untersuchter Mikroorganismus, jedoch ist die Acetataufnahme (vor allem in Kombination mit anderen C-Quellen) noch schwierig. Auch die Produktion von toxischen Substraten wie Isobutanol ist nicht trivial.

Ziele/Herausforderung

  • Beweis des Prinzips einer Netto CO2 Fixierung
  • Energiespeicherung in Form von wertvollen Treibstoffchemikalien
  • Verwendung von realen Abgasströmen der Industriepartner

(geplante) Ergebnisse/Nutzen

Das Projekt soll der erste Schritt in Richtung einer biotechnologischen CO2 Fixierung für industrielle Anwendungen sein. Es soll Wissen über die Möglichkeiten und Limitierungen eines solchen Prozesses geniert werden um in weiteren Schritten Pilot Anlagen zu designen.

Fördergeber/-programm

FTI-Initiative PRODUKTION DER ZUKUNFT (BMVIT, FFG)

Projektbeteiligte

Projektpartner

  • TU Wien
  • Montanuniversität Leoben
  • OMV
  • Voestalpine
  • K1 Met

Kontaktadresse

TU Wien
Institute of Chemical, Environmental and Bioscience Engineering
Research Division Biochemical Engineering
Christoph Herwig oder Stefan Pflügl
Gumpendorfer Straße 1a / 166-4, A-1060 Wien
E-Mail: Christoph.herwig@tuwien.ac.atStefan.pfluegl@tuwien.ac.at

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