Nutzung von Bakterien zur Herstellung von Ausgangsstoffen für die chemische Industrie

Zuletzt bearbeitet 12.09.2022 
Biologische Prozesse nutzen sehr spezifische Katalysatorensysteme. Bei diese Katalysatorensystemen handelt es sich anders als bei klassischen Katalysatorsystemen der chemischen Industrie nicht einfach um Metall-Ionen oder Kleinstmoleküle, sondern umhochkomplexe chemische Verbindungen, deren Bauplan im Erbgut der Zellen abgelegt ist und die von der lebenden Zelle selbst aufgebaut werden. Oftmals ist es selbst im chemischen Labor kaum möglich, diese hochkomplexen chemischen Verbindungen synthetisch mit einer akzeptablen Reinheit und ohne extrem aufwendige Reinigungsschritte herzustellen. Das liegt daran, dass auch die Moleküle, die solche biologischen Katalysatoren herstellen wiederum hochkomplexe Moleküle sind, deren Bauplan ebenfalls im Erbgut des Lebewesens hinterlegt ist. Es handelt sich also um eine Kaskade von hochkomplexen Schritten. Die Chemieindustrie ist weit überfordert, solche Synthesesequenzen durchzuführen. Und auch der spezielle Ast der pharamzeitischen Biochemie ist in der Regel weit überfordert. Hier ist die Natur uns Menschen noch weit voraus!

Welche Vorteile bieten die hochkomplexen Katalysatorsysteme? Im Gegensatz zu großtechnisch eingesetzen Katalysatoren, sind Bio-Katalysatoren oftmals extrem spezifisch. Das bedeutet, dass bei der in der Zelle ablaufenden chemischen Reaktion quasi immer und ausschließlich nur das Zielmolekül produziert wird. Technische Katalysatoren arbeiten dagegen wesentlich unspezifischer, was man z.B. daran erkennt, dass es in einer chemischen Großproduktion immer Nebenprodukte gibt! Bei Zellen kann man Nebenprodukte oftmals gar nicht finden.

Die hohe Spezifität von biologisch katalysierten Reaktionen kann man z.B. ausnutzen, um aus einem Gemisch von organischen Reaktionen nur ein einziges Zielmolekül (=Zielprodukt) herzustellen. So hat beispielsweise die Firma LanzaTech ein Verfahren entwickelt, um biotechnisch aus einem Abfallstrom bestehend aus hunderten verschiedener organischer Substanzen hochreines Ethanol herzustellen. Hier gibt es bereits erste Kooperationen mit der Großchemie, z.B. mit BASF

Dampfspaltung (Steam Cracking) von Naphtha als Zwischenstufe zur Herstellung von Kunststoffen

Zuletzt bearbeitet 12.09.2022 
Naphtha ist eine Flüssigkeit und wird in Raffenerien durch Destillation von Erdöl gewonnen, ähnlich wie Benzin und Diesel bzw. Heizöl. Die chemische Spaltung des Naphtha unter Verwendung von Heißdampf (750-900 Grad C) führt zu chemischen Rohstoffen, aus denen u.a. die Massenkunststoffe Polyethylen, Polypropylen und Polystyrol (Styropor) hergestellt werden.
Die Spaltungsreaktion benötigt große Wärmemengen, die typischerweise durch das Verbrennen von Erdgas bereitgestellt werden. Durch die Verbrennung des Erdgas entsteht CO2, welches normalerweise direkt in die Atmosphäre entlassen wird. Pro kg Kunststoff werden ca. 0.69 kg CO2 emittiert.
Da der eigentliche Produktionsprozess kein CO2 produziert, bietet es sich an, die Wärmegewinnung über alternative Wege wie z.B. mit Strom zu produzieren. Durch Nutzung von EEG-Strom wäre dann diese chemische Reaktion nahezu klimaneutral.