Künstliche Photosynthese für eine umweltfreundliche Lebensmittelproduktion

Jan 16, 2024

Die Versorgung der stetig wachsenden Weltbevölkerung mit Nahrungsmitteln sicherzustellen und gleichzeitig die Umwelt zu schützen, sind oft widersprüchliche Ziele. Jetzt haben es Forscher der Technischen Universität München (TUM) geschaffterfolgreich eine Methode entwickelt zur synthetischen Herstellung von Nahrungsproteinen mittels einer Art künstlicher Photosynthese. Die Tierfutterindustrie ist der Haupttreiber der hohen Nachfrage nach großen Mengen an Nahrungsproteinen, die sich auch für den Einsatz in Fleischersatzprodukten eignen.

Einer Gruppe um Professor Volker Sieber am TUM Campus Straubing für Biotechnologie und Nachhaltigkeit (TUMCS) ist es gelungen, aus dem umweltschädlichen Gas CO2 die Aminosäure L-Alanin, einen essentiellen Baustein in Proteinen, herzustellen. Ihr indirekter biotechnologischer Prozess nutzt Methanol als Zwischenprodukt. Bisher wurde Eiweiß für die Tierernährung typischerweise auf der Südhalbkugel produziert, was einen großen landwirtschaftlichen Flächenbedarf und negative Folgen für die Artenvielfalt mit sich brachte.

Das der Atmosphäre entzogene CO2 wird zunächst mit Ökostrom und Wasserstoff in Methanol umgewandelt. Die neue Methode wandelt dieses Zwischenprodukt in einem mehrstufigen Prozess mithilfe synthetischer Enzyme in L-Alanin um; Die Methode ist äußerst effektiv und liefert sehr hohe Erträge. L-Alanin ist einer der wichtigsten Bestandteile von Proteinen, die für die Ernährung von Mensch und Tier unerlässlich sind.

Sieber von der TUM-Professur für Chemie biogener Rohstoffe erklärt: „Im Vergleich zum Pflanzenanbau benötigt diese Methode weitaus weniger Platz, um die gleiche Menge L-Alanin zu erzeugen, wenn die Energie aus Solar- oder Windkraftquellen stammt. Umso mehr.“ Durch eine effiziente Raumnutzung kann durch eine Art künstliche Photosynthese die gleiche Menge an Nahrungsmitteln auf deutlich weniger Hektar produziert werden. Das ebnet den Weg für einen kleineren ökologischen Fußabdruck in der Landwirtschaft.“

Die Herstellung von L-Alanin ist für die Wissenschaftler nur der erste Schritt. „Wir wollen auch andere Aminosäuren aus CO2 mithilfe erneuerbarer Energien herstellen und die Effizienz im Umsetzungsprozess weiter steigern“, sagt Co-Autorin Vivian Willers, die das Verfahren als Doktorandin am TUM Campus Straubing entwickelt hat. Die Forscher fügen hinzu, dass das Projekt ein gutes Beispiel dafür sei, wie Bioökonomie und Wasserstoffwirtschaft in Kombination mehr Nachhaltigkeit ermöglichen könnten.

- Diese Pressemitteilung wurde ursprünglich auf der Website der Technischen Universität München veröffentlicht