Synthesegas-Fermentation

Synthesegas-Fermentation, kurz auch Syngas-Fermentation, ist ein mikrobiologischer Prozess, bei dem ein Synthesegas aus Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H₂) und Kohlendioxid (CO₂) als Energie- und Substratquelle für die Fermentation genutzt wird.

Durch die Stoffwechsel-Prozesse der eingesetzten Mikroorganismen können auf diese Weise Chemikalien gewonnen werden, die als Biokraftstoffe oder als Plattformchemikalien in der Chemischen Industrie eingesetzt werden können. Die Hauptprodukte dieses Prozesses umfassen Ethanol, Butanol, Essigsäure, Buttersäure und Methan. Neuere Ansätze produzierten auch längerkettige organische Verbindungen wie Caproat, Hexanol oder Octanol.

Es gibt eine Reihe von Mikroorganismen, die in der Lage sind, nutzbare Chemikalien und Kraftstoffe auf der Basis von Synthesegas zu produzieren, vor allem Clostridium ljungdahlii, Clostridium autoethanogenum, Eubacterium limosum, Clostridium carboxidivorans, Peptostreptococcus productus und Butyribacterium methylotrophicum.

Die Vorteile der Synthesegas-Fermentation gegenüber konventionellen chemischen Prozessen, beispielsweise der Fischer-Tropsch-Synthese, liegen in den niedrigeren Prozesstemperaturen und -drücken und der Nutzbarkeit von Gasen mit höheren Schwefelgehalten sowie der Nutzbarkeit von unterschiedlichen Verhältnissen von Kohlenmonoxid und Wasserstoff im Synthesegas, wodurch Aufreinigungsschritte eingespart werden sowie eine Wasserstoffanreicherung nicht notwendig ist. Nachteilig wirkt sich dagegen die Limitation der Gaszugabe in die Fermentationsbrühe, die niedrige volumetrische Produktivität sowie die Inhibierung der Organismen durch höhere Produktkonzentrationen aus. Um die genannten Nachteile auszugleichen oder die Herstellung von hochwertigeren Produkten möglich zu machen, bedienen sich Forschern des Metabolic Engineering, womit sich beispielsweise Inhibierungen verringern oder Produktivitäten erhöhen lassen. Des Weiteren werden stetig Fortschritte im Bereich der Optimierung der Fermentationstechnik gemacht.

Ein Beispiel einer Pilotanlage stellt die Kooperation des deutschen Chemiekonzerns BASF mit dem Synthesegas-Fermentationsspezialisten LanzaTech im Jahr 2021 dar. Ziel dieser Kooperation ist es die Kompetenzen beider Unternehmen zur Entwicklung eines Prozesses zur Nutzung von Abfallströmen, beispielsweise der Stahlindustrie, zu nutzen.

Belege

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