WISSEN DER ZUKUNFT - Magazin Wissen TOPPX

Video: Wie aus Tiefseebakterien nützliche Enzyme für die Energiegewinnung und Anwendung in der chemischen Industrie gewonnen werden.

(idw). Erdöl wird immer teurer - das bekommt auch die chemische Industrie zu spüren. Eine alternative Kohlenstoffquelle ist Biomasse.

Erdöl ist der Ausgangsstoff für viele Produkte der chemischen Industrie. Doch dieser fossile Rohstoff wird immer knapper und teurer. Eine Alternative ist es, nachwachsende Rohstoffe zu nutzen. Doch müssen Bioethanol und Co. aus Nahrungsmitteln wie Zuckerrohr oder Getreide gewonnen werden? Nein. Über die weiße Biotechnologie lassen sich chemische Stoffe auch aus Abfallprodukten der Lebensmittelindustrie oder Restbiomasse aus der Forst- und Landwirtschaft oder Reststoffen gewinnen. Wie das gehen kann, demonstrieren Forscher des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart am Beispiel der biotechnischen Verwertung von Raps, Molke und Krabbenschalen.

Kunststoff und Lacke aus Raps
Bei der Herstellung von Biodiesel aus Rapsöl fällt als Nebenprodukt Rohglyzerin an. Wissenschaftler am IGB haben nun ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Rohglyzerin in 1,3-Propandiol umsetzen lässt - einen chemischen Grundstoff für die Herstellung von Polyestern oder Holzlacken. Bislang wird 1,3-Propandiol chemisch synthetisiert. Es gibt aber auch Mikroorganismen, die Glyzerin zu 1,3-Propandiol umsetzen können. So produziert das Bakterium Clostridium diolis den chemischen Grundstoff für die Herstellung von Polyestern oder Holzlacken in vergleichsweise hoher Ausbeute.

Bio-Plastik aus Molke
Ein Abfallprodukt bei der Herstellung von Milchprodukten ist Sauermolke. Bislang wird die Molke teuer entsorgt. Mit Hilfe von Michsäurebakterien lässt sich der in der Sauermolke enthaltene Milchzucker (Lactose) jedoch zu Milchsäure (Lactat) umsetzen. Lactat dient nicht nur als Konservierungs- und Säuerungsmittel in der Lebensmittelherstellung, sondern kann auch als Grundstoff in der chemischen Industrie eingesetzt werden - zum Beispiel in der Produktion von Polylactiden, biologisch abbaubaren Kunststoffen. Einweggeschirr und Schrauben für die Chirurgie aus Polymilchsäure gibt es bereits.

Feinchemikalien aus Krabbenschalen
Chitin ist nach Zellulose das am häufigsten vorkommende Biopolymer auf der Erde. Der nachwachsende Rohstoff fällt in der Aquakultur und bei der Verarbeitung von Meeresfrüchten wie Krabben in großen Mengen als Abfall an. In dem vom Bundesforschungsministerium geförderten Projekt “BioSysPro” untersuchen Forscher des IGB, ob sich Chitin durch den Einsatz von mikrobiellen Chitinasen als nachwachsender Rohstoff für die chemische Industrie erschließen lässt.

“Die Weiße Biotechnologie nutzt die Natur als chemische Fabrik. Herkömmliche chemische Produktionsprozesse werden durch den Einsatz von Mikroorganismen oder Enzymen ersetzt”, erläutert Prof. Thomas Hirth, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, den Ansatz. Auf der Messe Biotechnica vom 7. bis 9. Oktober in Hannover stellen die Forscher die Verfahren auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand in Halle 9, Stand E29 vor.

Video: Biokraftstoffe

(idw). Unabhängigkeit von den Erdöl exportierenden Ländern, Reduzierung der freigesetzten Treibhausgase, Schonung der zu Neige gehenden Ressourcen: Viele Gründe sprechen für einen Abschied von der Nutzung fossiler Brennstoffe. Wasserstofftechnologie und Solarenergie werden höchstwahrscheinlich die Antwort auf das globale Energieproblem sein - aber erst auf längere Sicht. Für eine erste, rasche Abhilfe könnte Bioenergie sorgen. Aus Biomasse lassen sich alternative kohlenstoffbasierte flüssige Kraftstoffe herstellen und so die gängige Technik automobiler Verbrennungsmotoren und die vorhandene Infrastruktur weiter nutzen. Gleichzeitig würde die chemische Industrie mit den als Rohstoffe benötigten Kohlenstoffverbindungen beliefert. Mark Mascal und Edward B. Nikitin von der University of California, Davis (USA), haben jetzt eine interessante neue Methode entwickelt, Cellulose direkt in furanbasierte Biokraftstoffe umzusetzen. Wie sie in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, liefert das einfache, kostengünstige Verfahren Furanverbindungen in bisher beispielloser Ausbeute.

Atmosphärisches Kohlendioxid sollte die ultimative Kohlenstoffquelle der Zukunft sein. Am effektivsten “geerntet” wird es durch die pflanzliche Photosynthese. Biotreibstoffe werden derzeit vor allem aus Stärke gewonnen, die zu Zuckern abgebaut und zu Ethanol fermentiert wird. Die am weitesten verbreitete Form von photosynthetisch fixiertem Kohlenstoff ist aber Cellulose. Das Problem: Die Spaltung von Cellulose in seine einzelnen Zuckerbausteine, die dann fermentiert werden könnten, ist ein langsamer, kostenintensiver Prozess. “Ein weiteres Problem ist die geringe Kohlenstoff-Wirtschaftlichkeit der Glucose-Fermentation,” erläutert Mascal, “für 10 g produziertes Ethanol werden zusätzlich 9,6 g CO2 freigesetzt.”

Könnte man auf Cellulosespaltung und Fermentation verzichten? Man kann, wie Mascal und Nikitin zeigen. Sie haben ein einfaches Verfahren entwickelt, mit dem Cellulose direkt in “Furanics” (Furan-basierte organische Flüssigkeiten) umgewandelt werden können. Furane sind Moleküle, deren Grundkörper von einem aromatischen Ring aus vier Kohlenstoffatomen und einem Sauerstoffatom gebildet wird. Hauptprodukt unter den von den Forschern entwickelten Reaktionsbedingungen ist 5-Chlormethylfurfural (CMF).

CMF lässt sich mit Ethanol zu Ethoxymethylfurfural (EMF) verknüpfen oder mit Wasserstoff zu 5-Methylfurfural umsetzen. Beide Verbindungen eignen sich als Kraftstoffe. EMF wurde bereits früher in Mischungen mit Diesel von Avantium Tecnologies, einem Spin-off von Shell, untersucht und als interessant eingestuft.

“Unsere Methode scheint die effektivste bisher beschriebene Umsetzung von Cellulose in einfache, hydrophobe organische Verbindungen zu sein,” so Mascal. “Außderdem wird die Kohlenstoffausbeute der Glucose- und Sucrose-Fermentation bei weitem übertroffen. Furanics könnten sich sowohl als Autokraftstoffe als auch als chemische Rohstoffquelle der Zukunft etablieren.”

Autor: Mark Mascal, University of California, Davis (USA)

Was ist besser: Biobenzin oder Ethanol? WISSEN DER ZUKUNFT berichtet über das Wunderwelt Wissen und eine neue Perspektive.

Video: Terri Clark “A Little Gasoline”

Hamburg (ptx) - Shell und Virent Energy Systems, Inc., (Virent) aus Madison in Wisconsin, USA, haben ein gemeinsames Forschungs- und Entwicklungsvorhaben angekündigt, das zum Ziel hat, pflanzlichen Zucker statt in Ethanol direkt in fertiges Benzin oder Benzinkomponenten umzuwandeln.
Die Zusammenarbeit hat das Potential, die Verfügbarkeit neuer Biokraftstoffe deutlich zu verbessern. Denn das neue Biobenzin kann dem herkömmlichen Ottokraftstoff in hohen Mischungsanteilen beigegeben werden. Eine spezialisierte Infrastruktur, neue Motortechnik und die erforderlichen Anlagen zur Beimischung würden dadurch überflüssig. Die Technologie der BioForming-Plattform von Virent wandelt pflanzliche Zucker mit Hilfe von Katalysatoren in Kohlenwasserstoffmoleküle um, wie sie auch in einer Erdölraffinerie erzeugt werden. Bisher wurden pflanzliche Zucker zu Ethanol fermentiert und destilliert. Die neuen “Biobenzin”-Moleküle haben einen höheren Energieinhalt als Ethanol (oder Butanol) und bieten eine bessere Kraftstoffeffizienz. Sie lassen sich zu herkömmlichem Benzin mischen, das sich nicht von Benzin auf Erdölbasis unterscheidet, oder können mit ethanolhaltigem Benzin kombiniert werden.

Zur Gewinnung der Zucker eignen sich neben Weizen, Mais und Zuckerrohr auch Reststoffe/Bioabfälle wie Maisstroh, Stroh und Zuckerrohrbagasse. Shell und Virent haben bereits ein Jahr lang gemeinsam geforscht. Mit der BioForming- Technologie wurden schnelle Fortschritte erzielt und die gesteckten Ziele für Ertrag, Produktzusammensetzung und Kosten übertroffen. In Zukunft soll vor allem die Technologie weiter verbessert und zur kommerziellen Produktion größerer Mengen tauglich gemacht werden.

“Die technischen Eigenschaften der heutigen Biokraftstoffe erschweren ihre Einführung auf breiter Front”, so Dr. Graeme Sweeney, Shell Executive Vice President Future Fuels and CO2.

“Die Autoindustrie und Kraftstoffanbieter sind zwar im Begriff, die Vertriebsinfrastruktur und die Automotoren an die heutigen Biokraftstoffe anzupassen, aber die jetzt aufkommenden neuen Kraftstoffe wie die von Virent, die dieselben Eigenschaften wie Benzin und Diesel aufweisen oder diesen sogar überlegen sind, geben eine neue Perspektive, was ich sehr spannend finde.”

Dr. Randy Cortright, Chief Technology Officer, Mitbegründer und geschäftsführender Vizepräsident von Virent: “Virent hat bewiesen, dass sich pflanzlicher Zucker in dieselben Kohlenwasserstoff-Komponenten umwandeln läßt, die in den heutigen Benzinmischungen verwendet werden. Unsere Produkte sind Benzin auf Erdölbasis in Funktionalität und Leistung ebenbürtig. Der einzigartige Katalyseprozess von Virent erzeugt Biobenzin aus unterschiedlichen Biomasse-Rohstoffen zu wettbewerbsfähigen Kosten. Die Ergebnisse, die uns heute vorliegen, rechtfertigen eine beschleunigte Kommerzialisierung dieser Technologie.”

“DAS WISSEN” ( www.wissen .toppx.de ) berichtet über das Wunderwelt Wissen.

Steinzeithaus, Foto: tin.G
Autor: Alexander Binsteiner

Nach der Entdeckung der Feuersteinpfeilspitze im Rücken der Gletschermumie vom Hauslabjoch war sofort klar, dass der Fall Ötzi neu aufgerollt werden muss. Die aktuellen CT-Aufnahmen beweisen, dass die Spitze und nach neuesten Erkenntnissen ein Schlag auf den Kopf unmittelbar zum Tode des Steinzeitmannes geführt haben. Der Pfeil durchlug das linke Schulterblatt und verletzte lebenswichtige Blutgefäße. Damit war der Eismann außer Gefecht gesetzt. Das Schädel-Hirntrauma, verursacht entweder durch den nachfolgenden Sturz oder durch den Schlag eines Angreifers, führte dann zum Tode des Ötzi.

Damit steht nun zweifelsfrei fest, der Fundort des Eismannes war auch der Tatort. Bleibt die Klärung des Tatmotivs. Dabei stehen uns eine Fülle von Spuren und Indizien zur Verfügung, die Aussagen zu den Lebensumständen des Ötzi ermöglichen. Einen entscheidenden Hinweis ergab die genaue Untersuchung der Feuersteingeräte, die bei der Eismumie gefunden wurden. Sie stammen aus einer Feuersteinmine in den Lessinischen Bergen der Provinz Verona, deren Rohstoffe bereits im vierten vorchristlichen Jahrtausend bis in die Schweiz und nach Bayern verbreitet wurden. Es entstand eine erste Handelsroute von Oberitalien in das nördliche Alpenvorland. Neue Funde zeigen uns jetzt, dass diese Feuersteinroute weiter bis an die Seen des oberösterreichischen Salzkammergutes reichte. Auch hier, wie in Ötzis Heimat, der so genannten Remedello-Kultur Oberitaliens, wurde bereits mit dem neuen Werkstoff Kupfer erfolgreich experimentiert und das Erz zu Kupferbeilen und Geräten gegossen. Nach den ersten Fundorten am Mondsee wurde diese kupferverarbeitende Gesellschaft von der archäologischen Forschung als Mondseekultur benannt. Ihre Blütezeit überschneidet sich exakt mit der Lebenszeit des Ötzi von 3400 bis 3350 v. Chr.

Damit sind wir bei der zweiten sicheren Spur, dem Kupfer. Ötzi hatte ein Kupferbeil bei sich, das nach der Analyse der Spurenelemente mit größter Wahrscheinlichkeit aus Rohkupfer der oberösterreichischen Lagerstätten hergestellt worden war. Zudem fanden sich unlängst zwei Kupferbeile am Ufer des Chiemsees in Oberbayern, die wie das Ötzi-Beil mit aufgehämmerten Randleisten versehen waren - typisch für die oberitalienischen Kupferschmiede. Das kann nur bedeuten, die Zeitgenossen Ötzis waren als Kupferprospektoren jenseits des Alpenhauptkammes auf Erzsuche. Ihr Rückweg in südlichere Gefilde führte sie regelmäßig über den Pass am Similaun. Der Übergang war wie geschaffen für einen Überfall von Wegelagerern, die es auf die kostbare Kupferladung abgesehen hatten. Der Zug des Ötzi wurde aus dem Hinterhalt angegriffen. Es kam zu einem Kampf. Pfeile schwirrten durch die Luft. Teile der Ladung, vielleicht auf Lasttieren verstaut, gingen verloren. Ein Pfeil traf einen Mann in die linke Schulter. Er brach zusammen und fiel ins Koma, aus dem er nicht mehr erwachte.

Hat es sich wirklich so zugetragen? Wie ist es dann möglich, dass die persönliche Habe des Eismannes und vor allem sein wertvolles Kupferbeil sorgsam an die Felsen gelehnt, scheinbar unberührt bleiben? Erneut rücken die Röntgenbilder und CT-Aufnahmen in unser Blickfeld. Bei näherer Betrachtung stellt man fest, dass keinerlei Spuren des Pfeilschaftes zu sehen sind. Weder steckt ein gebrochenes Endstück in der Wunde, noch finden sich Reste der Schäftungswicklung aus Birkenpech und Tiersehnen. Dafür gibt es nur eine plausible Erklärung: Der Pfeilschaft wurde aus Ötzis Rücken gezogen. Hat der Ötzi im Todeskampf selbst den Pfeil herausgerissen? Es wäre denkbar. Aber hatte er noch die Zeit und die Kraft dazu, und wo ist der Pfeil dann geblieben? Eins steht allerdings fest: Der Täter kann es nicht gewesen sein. Er kam nicht mehr an die Leiche heran. Denn mit Sicherheit hätte er dann das Beil und auch andere Ausrüstungsgegenstände in seinen Besitz gebracht.

Dann bleibt nur: Einer der Begleiter hat den Pfeilschaft entfernt. Die Gruppe des Eismannes konnte die Angreifer demnach erfolgreich abwehren. Nun wollte man auf dem schnellsten Wege vom Gletscher absteigen. Eine Leiche aber aus über 3000 Meter Höhe über Eis- und Geröllfelder zu bergen, schien aussichtslos zu sein. Man beschloss, den Weggefährten am Pass zurück zu lassen und mit einer Zeremonie dem Reich der Toten zu übergeben. Sie legten ihn in Schlafstellung unter freiem Himmel zur letzten Ruhe. Der persönliche Besitz, vor allem das Beil, die Pfeile und der Bogen wurden auf den Felsen sorgsam um den Toten arrangiert und mit ins Jenseits gegeben. Das gehörte zum Bestattungsritual in jener Zeit.

Nach über 5000 Jahren taucht das Grab dann am 19. September 1991 nahezu unversehrt wieder aus dem ewigen Eis auf und wird zu einem der größten archäologischen Funde aller Zeiten.

Quelle: pressemitteilung.ws