FPNR bis 2014 — Biotechnologische Produktion flüssiger Kohlenwasserstoffezur Nutzung als Biokraftstoff

Neben Alkoholen wie Bioethanol und Biobutanol sind insbesondere mittel- und langkettige Kohlenwasserstoffe aus Biomasse aussichtsreiche Optionen für die Substitution von fossilen Otto- und Dieselkraftstoffen. Diese sogenannte ​„Drop-In“ Kraftstoffe können direkt in Verbrennungsmotoren eingesetzt werden und sind kompatibel mit den bestehenden Kraftstoffinfrastrukturen. Daher ist die Produktion flüssiger Kohlenwasserstoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe ein attraktives Ziel für die Kraftstoff- und Automobilindustrie.

Biotechnologische Verfahren zur Herstellung flüssiger Kohlenwasserstoffe bieten gegenüber chemischen Verfahren den Vorteil, dass die Prozesse unter milden Bedingungen mit hoher Ausbeute stattfinden können. Grundsätzlich werden derzeit zwei Lösungsansätze verfolgt. Bei der ​„indirekten“ Herstellung“ findet eine Kombination von biotechnologischer Herstellung ​„einfacher Verbindungen“ als Intermediate mit einer anschließenden chemischen-katalytischen Konversion zum Endprodukt statt. Vorteil hierbei ist, dass die Ausbeuten und Produktivitäten der Zwischenprodukte meist bereits relativ hoch sind und die Folgechemie etabliert ist. Beispielhaft zu nennen wären dabei die Umsetzungen verschiedener Zwischenprodukte (Alkohole, Fettalkohole, Triglycride) zu Alkanen, die dann je nach Modifizierung als Benzin- und Dieselbeimischung bzw. Flugturbinenkraftstoff eingesetzt werden können.

Den alternativen Lösungsweg dazu stellt die ​„direkte“ Herstellung geeigneter Kohlenwasserstoffe durch Biokatalysatoren dar. Dabei ist neben einer weniger aufwendigen Folgechemie auch mit geringeren Rückgewinnungskosten für die Produktabtrennung aus der Fermentationsbrühe, aufgrund der hydrophoben Eigenschaften flüssiger Kohlenwasserstoffe und der daraus resultierenden Phasenbildung im Vergleich zu wasserlöslichen Produkten (z. B. Ethanol) zu rechnen. Wenngleich vor allem in den USA bereits Fortschritte erzielt wurden, bedarf die Herstellung von Drop-In Kraftstoffen mit biotechnologischen Verfahren noch einiger F&E‑Anstrengungen.

In den letzten Jahren publizierten verschiedene US-amerikanische Arbeitsgruppen unabhängig voneinander die Realisierung der Alkan- bzw. Alkenproduktion im Bakterium E. coli basierend auf dem Einsatz verschiedener rekombinanter Enzyme. Die erzielten Ausbeuten sind jedoch noch sehr gering.

Gegenstand der Förderung

Gegenstand des Förderschwerpunktes ist daher die Erforschung und Entwicklung neuer und innovativer Verfahren und Konzepte zur direkten biotechnologischen Herstellung von flüssigen Kohlenwasserstoffen für die Nutzung als Biokraftstoff auf Basis nachwachsender Rohstoffe. Hierbei soll das ganze Spektrum der biotechnologischen und verfahrenstechnischen Methoden abgedeckt werden. Dabei sind ausdrücklich nur neue, über den Stand der Technik hinausgehende Ansätze zu berücksichtigen. Eine enge Kooperation entlang der Verfahrenskette ist dabei erforderlich.