Die Versorgung der ständig wachsenden Weltbevölkerung mit Nahrungsmitteln und der gleichzeitige Erhalt der Umwelt stehen in einem Zielkonflikt. Forschende der Technischen Universität München (TUM) haben nun eine Art künstliche Photosynthese für die nachhaltige Nahrungsmittelproduktion entwickelt. Mit dem Verfahren lässt sich Nahrungseiweiß erzeugen, das sich für die Futterindustrie, aber auch für die Herstellung von Fleischersatzprodukten eignet.
Die Gruppe um Prof. Volker Sieber am TUM Campus Straubing für Biotechnologie und Nachhaltigkeit kann in einem biotechnologischen Prozess indirekt über Methanol als Zwischenprodukt, aus dem klimaschädlichen Gas CO2 die Aminosäure L-Alanin, ein wesentlicher Bestandteil von Proteinen, erzeugen. Bislang wird Protein für die Tierernährung vor allem im globalen Süden unter großem Flächenverbrauch und mit negativen Folgen für die Biodiversität gewonnen.
Das aus der Atmosphäre entnommene CO2 wird zunächst mit Ökostrom und Wasserstoff zu Methanol verarbeitet. Mit der neuen Methode verwandeln synthetische Enzyme dieses Zwischenprodukt dann in einem mehrstufigen Verfahren sehr effektiv und in hoher Ausbeute in L-Alanin, eines der wichtigsten Bestandteile von Eiweiß, was unverzichtbar für die Ernährung von Menschen und Tieren ist.
Prof. Sieber vom Lehrstuhl für die Chemie Biogener Rohstoffe erläutert: „Im Vergleich zum Pflanzenanbau wird viel weniger Fläche benötigt, um die gleiche Menge an L-Alanin zu erzeugen, wenn die Energie dafür aus Solaranlagen oder Windkraft gewonnen wird. Mit der höheren Flächeneffizienz kann durch eine Art künstliche Photosynthese die gleiche Menge an Nahrungsmitteln auf deutlich weniger Fläche produziert werden. Somit wird der Weg für einen niedrigeren ökologischen Fußabdruck der Landwirtschaft bereitet.“
Bioökonomie und Wasserstoffwirtschaft in Kombination
Die Herstellung von L-Alanin ist für die Wissenschaftler dabei nur ein erster Schritt. „Wir wollen auch weitere Aminosäuren aus CO2 und erneuerbarer Energie bereitstellen und die Effizienz in der Umsetzung weiter erhöhen“, sagt Mitautor Vivian Willers, der das Verfahren als Doktorand am TUM Campus Straubing entwickelt hat. Das Projekt sei zudem ein gutes Beispiel dafür, wie Bioökonomie und Wasserstoffwirtschaft miteinander den Weg zu mehr Nachhaltigkeit bereiten, betonen die Forscher.
Originalpublikation:
Vivian Pascal Willers, Manuel Döring, Barbara Beer, Volker Sieber. Cell-free enzymatic L-alanine synthesis from green methanol. Chem Catalysis, Volume 3, Issue 3, 2023, 100502. https://doi.org/10.1016/j.checat.2022.100502
