Der Tübinger Umweltbiotechnologe Lars Angenent nutzt Mikroben und Ökostrom zur Herstellung von klimaneutralem Methangas und anderen nützlichen Stoffen. Jetzt wurde er für seine Forschung mit dem Leibniz-Preis ausgezeichnet.
Die kleinsten Mitarbeiter von Lars Angenent tragen den schwer auszusprechenden Namen Methanothermobacter thermautotrophicus. Und sie sind sehr fleißig. In einem Bioreaktor produzieren die Bakterien aus grünem Wasserstoff, der mithilfe von Ökostrom gewonnen wurde, und dem Treibhausgas Kohlendioxid Methan. Dieses Gas mit der chemischen Formel CH4 ist der Hauptbestandteil von Erdgas.
Das Biomethan könne dann direkt in das bestehende Gasleitungsnetz eingespeist werden, erklärt der Umweltbiotechnologe in einem Video. So ließen sich Strom- und Gasversorgung auf einfache Weise miteinander verknüpfen. Sofern der Wasserstoff aus einer mit erneuerbaren Energien betriebenen Elektrolyseanlage stammt, ist das erzeugte Methan im Gegensatz zu fossilem Erdgas klimaneutral. Bei seiner Verbrennung wird nur so viel CO2 freigesetzt, wie vorher für die Methanherstellung verbraucht wurde. Das CO2 kann entweder direkt aus der Atmosphäre geholt werden, was derzeit noch aufwendig und teuer ist. Es kann aber auch gleich dort aufgefangen werden, wo es in höheren Konzentrationen anfällt – zum Beispiel direkt am Schornstein einer Fabrik.
„Ich will mit meiner Forschung helfen, unsere Gesellschaft nachhaltiger zu machen“, sagt Lars Angenent. Der Kampf gegen den Klimawandel sei dabei eine zentrale Aufgabe. Seit 2017 forscht und lehrt der Wissenschaftler im Rahmen einer Humboldt-Professur an der Universität Tübingen. Im Exzellenzcluster „Controlling Microbes to Fight Infections“ (CMFI) leitet er Forschungsprojekte, die sich mit der Umwandlung von CO2 in Methan beschäftigen. Deutschland sei ein Vorreiter bei der Energiewende und daher der richtige Ort, um klimaneutrale Technologien weiterzuentwickeln und zur Anwendung zu bringen, meint der gebürtige Niederländer.
Konkret soll das Methan aus dem Bioreaktor dazu beitragen, eines der Kernprobleme der Energiewende zu lösen: die ungleichmäßige Stromproduktion von Wind- und Solarkraftwerken, die dazu führt, dass zeitweise zu wenig und dann wieder zu viel Ökostrom zur Verfügung steht. „Wenn wir überschüssigen Strom in Form von Methan speichern, können wir diese Schwankungen besser ausgleichen“, sagt Angenent, während er im Video an einem Feld mit Windrädern vorbeigeht.
Für seine Forschung auf dem Gebiet der Methanbiosynthese hat Angenent kürzlich den mit 2,5 Millionen Euro dotierten Leibniz-Preis erhalten, der als wichtigster deutscher Forschungspreis gilt. Insgesamt wurden zehn Forscher verschiedener Disziplinen ausgezeichnet. Mit der klimaneutralen Methanproduktion seien die Möglichkeiten für den intelligenten Einsatz von Mikroorganismen bei Weitem nicht ausgereizt, sagt Angenent. Es gebe auch andere vielversprechende Anwendungen. „Mikroben leisten bereits viel Arbeit im Bereich der Abfallverwertung.“ Sie helfen zum Beispiel dabei, schädliche Stoffe zu beseitigen oder in ungefährlichere Verbindungen umzuwandeln. Daneben wird in Angenents Labor auch an Mikroben geforscht, die auf der Basis von Ökostrom und Kohlendioxid Proteine für die Lebensmittelindustrie produzieren.
Weitere Verbesserungen verspricht sich der Forscher von der genetischen Modifizierung von Mikroben für unterschiedliche Einsatzgebiete. So lasse sich beispielsweise die Effizienz der Methanbiosynthese verbessern. Genauso sei es aber auch möglich, Bakterien dazu zu bringen, andere Chemikalien als Methan zu produzieren. Diese könnten dann zum Beispiel als Ausgangsstoffe für eine klimaneutrale Chemieproduktion oder synthetische Kraftstoffe dienen.
Methan lässt sich zwar auch auf chemischem Weg mithilfe des sogenannten Sabatier-Prozesses herstellen, doch der Weg über die Methanbakterien hat aus Angenents Sicht einige Vorteile: „Mikroben arbeiten bei viel niedrigeren Drücken und Temperaturen. Zudem kann der Prozess schnell gestoppt und gestartet werden – je nachdem, ob ein Überschuss an erneuerbarer Energie zur Verfügung steht.“ Die Methansynthese mithilfe von Bakterien sei zudem besser geeignet, wenn Biogas als CO2-Quelle genutzt werden soll.
Doch kann in Deutschland überhaupt genügend Ökostrom erzeugt werden, um daraus große Mengen von grünem Wasserstoff oder Methan zu produzieren – zumal auch der Verkehr und viele industrielle Prozesse elektrifiziert werden sollen? „Das hängt natürlich davon ab, wie schnell die erneuerbare Energieerzeugung und das Netz ausgebaut werden“, sagt Angenent. Ob das gelinge, sei letztlich eine Frage des politischen Willens, so der Forscher.
Grundsätzlich ist Angenent aber optimistisch. „Die nötigen Technologien sind vorhanden.“ Und es werde für Regierungen und Unternehmen immer attraktiver, in nachhaltige Lösungen zu investieren – nicht nur der Ökologie wegen, sondern auch aus wirtschaftlichen Gründen. Das klingt nach guten Aussichten für Lars Angenent und seine Bakterien.
Position Lars Angenent wurde im Jahr 1969 in den Niederlanden geboren. Seit 2017 bekleidet er eine Humboldt-Professur an der Universität Tübingen. Davor hat Lars Angenent bereits mehr als 20 Jahre in den USA geforscht – unter anderem als Professor für Umweltingenieurwesen an der Cornell University im Bundesstaat New York.
Forschung Zu Angenents Forschungsgebieten gehören auch die Mikrobengemeinschaften, die um uns herum leben – etwa in der Luft von Krankenhäusern.
An der Universität Tübingen ist der Wissenschaftler auch Mitglied im Exzellenzcluster CMFI (Controlling Microbes to Fight Infections), der sich mit den Eigenschaften des Mikrobioms und der Bekämpfung von Infektionen beschäftigt. Als Gründer mehrerer Start-ups auf dem Gebiet der Bioverfahrenstechnik ist Angenent zudem unternehmerisch tätig.
