Nachwachsende Rohstoffe in der Wikipedia, Band 1

Cellulose-Ethanol 358
Im Falle des C5-Zuckers Arabinose stellte sich der häufig in Pilzen zu findende 5-stufige Abbauweg in den
Saccharomyces-Hefen als wenig geeignet heraus. Dagegen konnte an der Universität Frankfurt erfolgreich ein
3-stufiger Stoffwechselweg etabliert werden, der sonst nur in Bakterien zu finden ist. Integrierte man diesen
Stoffwechselweg in die Hefen und zwang sie dann mehrere Monate lang, Arabinose als einzige Energiequelle zu
nutzen, dann entwickelten sich tatsächlich Hefestämme, die neben der Glucose auch Arabinose vergären konnten.
Zusammen mit den Forschern der Universität Lund wurde dann eine Hefe gezüchtet, die alle Zucker, also Glucose,
Xylose und Arabinose zu Ethanol vergären kann.
Fermentationsinhibitoren
Ein dritter Unterschied zwischen dem klassischen Ethanol-Kraftstoff-Prozess und Cellulose-Ethanol sind toxische
Stoffe, die bei der chemischen und thermischen Vorbehandlung des Pflanzenmaterials entstehen (z. B. Furfurale).
Diese Inhibitoren schädigen die bei der Fermentation eingesetzten Mikroorganismen. Sie müssen deshalb vor der
Fermentation entfernt werden, was jedoch zusätzliche Kosten verursacht. Ein Ausweg ist es, Inhibitor-tolerante
Hefen einzusetzen.
Logistik
Ein vierter wesentlicher Unterschied ist das niedrigere Raumgewicht von Pflanzenabfällen, d. h. die niedrigere
Energiedichte gegenüber Getreide- oder Maiskörnern. Dieses bedeutet erhöhte Transportkosten und einen erhöhten
Lagerraumbedarf. Dieses Problem könnte jedoch durch effizientere Presstechniken, den Transport von bereits
zerkleinertem Material und kleineren, dezentralen Produktionsanlagen gelöst werden.
Wirtschaftliche Betrachtung
Die Umsetzung aller Zucker kann die Wirtschaftlichkeit der Vergärung von pflanzlicher Biomasse erheblich
verbessern. Stroh enthält etwa 32 % Glucose, 19 % Xylose und 2,4% Arabinose. In 1 t Stroh sind also 320 kg
Glucose enthalten. Bei einer vollständigen Vergärung entstehen daraus etwa 160 kg Ethanol, was einem Volumen
von 200 l entspricht. Die vollständige Vergärung des Pentosezuckers Xylose ergibt entsprechend zusätzliche 124 l
Ethanol pro Tonne Stroh.
Prozessentwicklung und Implementierung
Als nächstem Schritt gilt es nun, die im Labor erzielten Erfolge für den industriellen Einsatz weiterzuentwickeln. Die
verschiedenen Schritte des Prozesses müssen in industrielle Maßstäbe überführt und implementiert werden. Ebenso
müssen die entwickelten Hefestämme an die industriellen Bedingungen adaptiert werden. Die im Laboralltag
benutzten Hefestämme sind zwar sehr gut geeignet, die verschiedenen Vergärungsstrategien zu erforschen, sie sind
jedoch meist für industrielle Anwendungen weniger brauchbar. Zum einen sind die Laborhefen nicht stabil genug
und verlieren ihre erworbenen Fähigkeiten sehr schnell wieder, zum anderen sind sie zu empfindlich gegenüber
toxischen Substanzen (Furfuralen), die bei der chemischen Vorbehandlung des Pflanzenmaterials entstehen.
Ausblick
Alle wesentlichen Voraussetzungen für einen Lignocellulose-Ethanol-Prozess sind vorhanden. Nun gilt es nur noch,
diese Forschungsergebnisse in die grosstechnische Produktion umzusetzen. Die Fachagentur Nachwachsende
Rohstoffe (FNR) hat in einer in 2009 publizierten Studie (Biokraftstoffe - Eine vergleichende Analyse) die Kosten für
Lignocellulose-Ethanol aus Abfallstroh für 2020 auf etwa 24 €/ GJ geschätzt, während dieser Wert 2007 noch bei 30
€/ GJ lag. Dies entspricht bei einem Brennwert von 23,5 MJ/l für Bioethanol also etwa 56 cent/l (2020) bzw. etwa
70 cent/l (2007). Damit liegen die Kosten aber über den Kosten für Stärke-Ethanol. Vor diesem Hintergrund kommt
die Studie zur Einschätzung, dass Bioethanol aus Lignocellulose ohne Förderung voraussichtlich nicht