Stammoptimierung von Clostridium ljungdahlii für die Syngasfermentation
Um der fortschreitenden globalen Erwärmung entgegenzuwirken sind effiziente und nachhaltige neue Techniken zur Emissionsminderung erforderlich. Die Synthesegas-Fermentation (Syngasfermentation) ist ein vielversprechendes Verfahren zur Kohlenstoffrückgewinnung aus gasförmigen Abfallströmen. Dabei fixieren Mikroorganismen den in Kohlenstoffdioxid (CO2)-, Wasserstoff (H2)- und Kohlenmonoxid (CO)-haltigen Gasgemischen (Synthesegas/Syngas) gespeicherten Kohlenstoff und die Energie als organische Verbindungen, wie Acetat und Ethanol. Die Vielfalt der möglichen Substrate des Biokatalysators stellt hier einen großen Vorteil dar, welche von Stahlwerksabgasen bis hin zu gasifizierten landwirtschaftlichen oder kommunalen Abfällen reicht. Folglich ist die Technologie unabhängig von landwirtschaftlicher Fläche oder teuren Rohstoffen. Die Produkte der Synthesegasfermentation können direkt als Kraftstoffzusätze verwendet oder zu höherwertigen Chemikalien und Kraftstoffen weiterverarbeitet werden.
In meiner Promotion beschäftige ich mich mit der Verbesserung der Syngasfermentation im Sinne einer nachhaltigeren Zukunft. Der Zielorganismus meiner Forschung, Clostridium ljungdahlii, ist ein Modellorganismus für die Syngasfermentation und 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 C. ljungdahlii ein Enzym von besonderer Bedeutung ist. In meinem Forschungsvorhaben untersuche ich die Rolle dieses Schlüsselenzyms im Metabolismus von C. ljungdahlii eingehend und optimiere dieses anschließend für die Syngasfermentation.
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.