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Einen Käfer bauen, um Öl zu ernten
Mikroben, die in Ölfeldern und Kohleflözen leben, könnten neue Methoden zur Gewinnung fossiler Brennstoffe aus den Tiefen der Erde inspirieren. Das ist die Hoffnung auf Ari Patrinos , ein Pionier der Genomik, der das Human Genome Project mit geleitet hat und jetzt Präsident von . ist Synthetische Genomik , ein in Maryland ansässiges Biotech-Startup, das von J. Craig Venter gegründet wurde. Das Ziel von Synthetic Genomics ist es, mithilfe der Genomik neue Energietechnologien zu entwickeln. Im Rahmen einer neuen Partnerschaft mit dem Ölgiganten BP wird Synthetic Genomics Mikroben untersuchen, die sich auf natürliche Weise von Kohlenwasserstoffen ernähren, um Hinweise auf biologische Verfahren zur Gewinnung und Verarbeitung von Öl und Kohle zu erhalten.
Befürworter von Mikroben: Ari Patrinos, Präsident von Synthetic Genomics, ist ein Pionier bei der Anwendung mikrobieller Genomik auf Energieprobleme. Er sagt, dass Mikroben, die sich von Kohlenwasserstoffen ernähren, Hinweise auf biologische Verfahren zur Gewinnung und Verarbeitung von Öl und Kohle geben könnten.
Nach mehreren Jahrzehnten im Department of Energy (DOE) ist Patrinos ein starker Befürworter des Einsatzes biotechnologischer Lösungen für die weltweiten Energieprobleme. Er half bei der Gründung des Joint Genome Institute des DOE und schuf das Genomes to Life-Programm der Agentur, das unter anderem energiebezogene Anwendungen für Mikroben entwickelt. Patrinos wurde letztes Jahr von Venter vom DOE weggelockt. Er redet mit Technologieüberprüfung über die Pläne von Synthetic Genomics und die Zukunft von Biokraftstoffen.
Technologieüberprüfung : Warum auf Mikroben als alternative Energiequellen achten?
Ari Patrinos : Mikroben sind die Virtuosen der lebenden Welt. Sie sind ungefähr vier Milliarden Jahre alt, ein Drittel der Existenz des Planeten, und sie haben eine enorme Variabilität und Vielfalt entwickelt. Wir können viel von ihnen lernen, da wir mit der globalen Erwärmung konfrontiert sind und versuchen, unsere Ressourcen effizienter zu nutzen.
KINDER : Wie hilft uns die Genomik, das vielfältige funktionelle Repertoire von Mikroben zu nutzen?
AP : Als Ergebnis der Genomik haben wir entdeckt, dass es überall Mikroben gibt, die bei jeder Temperatur und jedem Druck leben. Sie können beim 100-fachen des Atmosphärendrucks und bei Temperaturen von fast 100 Grad Celsius überleben. Menschen haben Mikroben identifiziert, die großen Mengen an Strahlung standhalten können. Mikroben spielen eine entscheidende Rolle im Kohlenstoffkreislauf, indem sie Kohlendioxid im Ozean aufnehmen. Mehr als 50 Prozent der lebenden Biomasse auf diesem Planeten sind mikrobieller Natur. Deshalb sollten wir auf Mikroben achten, um einige unserer Probleme zu lösen. Sie sind in den Prozessen des Lebens äußerst effektiv geworden. Wir müssen sie verstehen und dann für einige dieser Anwendungen nachahmen.
KINDER : Synthetic Genomics ist kürzlich eine Partnerschaft mit BP eingegangen. Was ist der Schwerpunkt dieses Deals?
AP : Wir haben riesige Reserven an Schwerölen auf diesem Kontinent, aber ihre Gewinnung ist schwierig. Es benötigt Energie und Wasser und produziert viel Kohlendioxid. Möglicherweise gibt es Möglichkeiten, mikrobielle Gemeinschaften zu nutzen, um die Qualität des Öls zu verbessern, während es sich noch im Untergrund befindet. Wir werden uns also Mikroben ansehen, die in Kohleflözen oder Ölfeldern und Ölsanden leben.
KINDER : Wie wird das zur Kraftstoffproduktion beitragen?
AP : Die Vorstellung von Ölfeldern als Reservoir, das man erschließen kann, ist naiv. Öl existiert als Matrix in verschiedenen Schichten. Bei der Gewinnung von Ölen aus Brunnen bleiben bis zu 50 Prozent zurück. Vor 30 bis 40 Jahren dachten die Menschen über eine mikrobiell verbesserte Ölförderung nach – Möglichkeiten, Mikroben zu manipulieren, um die Ölförderung aus Bohrlöchern zu verbessern. Aber ihre Fähigkeit, diese Mikroben zu entdecken und zu studieren, wurde durch primitive mikrobiologische Werkzeuge beeinträchtigt. Dies hat es meines Wissens nie in die kommerzielle Praxis geschafft.
Wir haben deutlich genauere und leistungsfähigere Werkzeuge als unsere damaligen Kollegen und vermuten, dass die Zahl und Vielfalt der entdeckten Mikroben viel höher sein wird als damals gedacht.
KINDER : Was werden Sie mit den Mikroben machen, wenn sie entdeckt wurden?
AP : Vielleicht könnten wir sie nutzen, um die Dichte der Kohlenwasserstoffe zu verändern, sie so aufzubrechen, dass sie kleiner werden und das Öl leichter zu bewegen ist. Oder Mikroben könnten die Oberflächenhaftungseigenschaften des Öls verändern, indem sie die Kohlenwasserstoffmoleküle modifizieren.
Anstatt die Kohle zu fördern und zu verbrennen, was viel Kohlendioxid produziert, gibt es für Kohleflöze vielleicht eine Möglichkeit, sie in Methan umzuwandeln. Bei der [Verbrennung] von Methan entsteht Kohlendioxid, aber auch Wasserstoff, der ein sehr sauberer und klimafreundlicher Kraftstoff ist. Vielleicht können wir schließlich die Methanproduktion mit der Kohlenstoffbindung kombinieren, sodass die Nettofreisetzung in die Atmosphäre null wäre.
Es gibt eine lange Geschichte der Verbesserung der Ölqualität mit Hilfe von Chemie. Aber das meiste, was die Chemie leisten kann, kann mit biologischen Mitteln, die viel billiger und umweltfreundlicher sind, noch besser erreicht werden. Das bedeutet nicht, dass die Chemie aufgegeben wird. Aber ich denke, diese Revolution in der Biologie hat gezeigt, dass biochemische Wege letztendlich die produktivsten sein werden und die Aufgabe umweltfreundlicher erfüllen können. Biochemische Reaktionen können bei niedrigeren Temperaturen und Drücken durchgeführt werden und können letztendlich weniger toxische Nebenprodukte aufweisen.
KINDER : Sucht Synthetic Genomics also auch nach Mikroben, die Kohlendioxid binden können?
AP : Wir planen, das zu tun, obwohl ich nicht mit unserer genauen Hand sprechen kann.
KINDER : Bevor Sie zu Synthetic Genomics kamen, haben Sie mehr als 30 Jahre im DOE gearbeitet. Hat sich die Sicht der Abteilung auf den biotechnologischen Ansatz in Energiefragen im Laufe der Jahre geändert?
AP : Im DOE war das Interesse an Biokraftstoffen begrenzt und wurde als Nischenanwendung wahrgenommen. In Bezug auf Energie wurde mehr Wert auf die physikalischen Wissenschaften gelegt. Aber ich habe sehr stark auf die Bedeutung von Biokraftstoffen gedrängt. Am Anfang war ich nicht erfolgreich, weil Öl sehr günstig ist. Aber vor einigen Jahren habe ich endlich den Jackpot geknackt. In einigen Reden zur Lage der Nation begann Präsident Bush, ein Öl- und Gasmann, über unsere Abhängigkeit vom Öl und die Bedeutung von Biokraftstoffen zu sprechen. Als ich das hörte, wusste ich, dass ich endlich erfolgreich war.
KINDER : Alternative Energien sind derzeit ein heißes Thema und ziehen viel Interesse – und Geld – von Regierungen und Investoren auf sich. Aber wird diese Finanzierung nachlassen, wenn die Gaspreise sinken, wie es zuvor geschehen ist?
AP : Es kann immer passieren, aber ich denke, es scheint jetzt weniger wahrscheinlich zu sein als in den neunziger und siebziger Jahren. Auch wenn der Ölpreis deutlich niedriger war, so ist meiner Meinung nach in der Öffentlichkeit und in der Politik allgemein anerkannt, dass wir in Bezug auf Flüssigkraftstoffe unabhängiger werden müssen: Wir müssen immer noch 60 Prozent des Öls importieren, das wir haben verbrauchen. Es ist zu einem Problem der nationalen Sicherheit geworden, im Gegensatz zu etwas Wirtschaftlichem. Viele ölproduzierende Länder sind Länder, die uns nicht sehr mögen. Gefühle können sich in alle Richtungen ändern, daher ist es sehr wichtig, die Abhängigkeit von importiertem Kraftstoff zu reduzieren.
Ich denke auch, dass immer mehr Menschen auf der Welt erkennen, dass der globale Klimawandel eine ernsthafte Bedrohung darstellt. Die Kipppunkte im Klimasystem sind nicht mehr hypothetisch. Wir sollten anfangen, eine Versicherung gegen den Klimawandel abzuschließen, aber das wird nicht möglich sein, bis wir uns mehr auf sauberere Kraftstoffe verlassen.