Charakterisierung und Optimierung von Clostridium ljungdahlii für die Syngasfermentation

Stipendiatin/Stipendiat: Sarah Schulz

Im vergangenen Jahrhundert haben die zunehmende globale Industrialisierung und das damit verbundene Bevölkerungswachstum zu einer fortlaufenden Erderwärmung geführt. Folgen dessen sind unter anderem eine zunehmende Anzahl von extremen Wetterereignissen, die Ansäuerung der Ozeane, das Abschmelzen der Polkappen, steigende Meeresspiegel und voranschreitende Verbreitung von Wüsten. Wissenschaftler sind sich heute einig, dass der Ausstoß von Treibhausgasen wie Kohlenstoffdioxid dabei eine maßgebliche Rolle spielt. Diese Emissionen sind zum größten Teil auf die Verwendung von fossilen Brennstoffen in der Industrie und im Transportsektor und auf eine unzureichende Aufbereitung von Abgasen zurückzuführen. Zur Verbesserung des globalen Klimas müssen diese Treibhausgasemissionen drastisch reduziert werden. In 2015 wurde bei der Pariser Klimakonferenz der Vereinten Nationen beschlossen, den weiteren Anstieg der globalen Durchschnittstemperaturen unter 2°C zu halten. Dies ist nur möglich, wenn sich die globale Industrie weg von fossilen Brennstoffen und hin zu nachhaltigeren Alternativen entwickelt. Dazu zählt auch die effiziente Aufbereitung von Abgasen um den darin enthaltenen Kohlenstoff wieder verfügbar zu machen. So werden nicht nur schädliche Emissionen verringert, sondern auch andernfalls verlorene Energie und Kohlenstoff wieder für die Industrie bereit gestellt. Ein vielversprechendes Verfahren hierfür ist die Syngasfermentation. Dabei wandeln acetogene Bakterien, in einem anaeroben biologischen Prozess, Syngas (Gemische aus Kohlenstoffmonoxid [CO], Kohlenstoffdioxid [CO2] und Wasserstoff [H2]), in ihrem Stoffwechsel durch den sogenannten Wood-Ljungdahl Weg, zu Fermentationsprodukten wie Acetat und Ethanol um. Diese Produkte können sowohl direkt als Kraftstoffadditive, als auch als Rohstoffe für die Synthese höherwertiger Chemikalien, wie Polymere und Kunststoffe, verwendet werden.

In meiner Promotion werde ich mich mit der Verbesserung der Syngasfermentation im Sinne einer nachhaltigeren Zukunft beschäftigen. Der Zielorganismus meiner Forschung, Clostridium ljungdahlii, ist ein Modellorganismus für die Syngasfermentation. Clostridium ljungdahlii kann unter strikt anaeroben Bedingungen mit Syngas als alleiniger Energie- und Kohlenstoffquelle wachsen. Neue Ergebnisse auf dem Gebiet der Syngasfermentation zeigen, dass für die Bildung von Ethanol durch Clostridium ljungdahlii ein Enzym von besonderer Bedeutung ist. In meinem Forschungsvorhaben werde ich die Rolle dieses Schlüsselenzyms im Metabolismus von Clostridium ljungdahlii eingehend untersuchen und anschließend für die Syngasfermentation optimieren. Die Verwendung von H2/CO2-Gasgemischen führt bisher nicht zur Produktion von nennenswerten Mengen an Ethanol. Die Optimierung des Enzyms ist ein möglicher Ansatz dies zu ändern und die Produktion von Ethanol ausgehend von H2/CO2 zu ermöglichen. Damit kann die Kohlenstoffbilanz des Prozesse optimiert werden. Solche optimierten Stämme sind für die Syngasfermentation und deren großtechnische Anwendung unumgänglich, um den Prozess effizienter, nachhaltiger und kommerziell interessanter zu machen. Meine Forschung wird demnach einen wichtigen Beitrag zu zukünftigen Lösungen für eine nachhaltigere Industrie und damit zum Klimaschutz leisten.

Förderzeitraum:
01.01.2019 - 31.12.2021

Institut:
Eberhard Karls Universität Tübingen
Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Fachbereich Geowissenschaften

Betreuer:
Prof. Dr. Largus Angenent

E-Mail: E-Mail schreiben

URL: http://www.envbiotech.de/