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Günstigeres, saubereres Ethanol aus Biotech-Mais
Forscher haben transgene Maispflanzen gentechnisch verändert, die Enzyme produzieren, die ihre Blätter und Stängel durch den Abbau von Zellulose in Zucker umwandeln können. Die Pflanzen könnten die Kosten für die Herstellung von Ethanol aus diesen Quellen senken, wodurch ein solcher Biokraftstoff wettbewerbsfähiger gegenüber dem aus Maiskörnern hergestellten Biokraftstoff wird, der heute die Hauptquelle für Ethanol in den Vereinigten Staaten ist.
Kosten reduzieren: Ein Techniker der Michigan State University arbeitet mit transgenen Maispflanzen, die dazu beitragen könnten, die Kosten für die Herstellung von Ethanol aus Pflanzenstängeln und -blättern zu senken.
Zellulosehaltige Ethanolquellen wie Abfallbiomasse und Rutenhirse sind attraktiv, weil sie billig und reichlich vorhanden sind. Aber die Umwandlung von Cellulose, einem komplexen Kohlenhydrat, in Zucker, der zu Ethanol fermentiert werden kann, ist teurer als die Umwandlung der Stärke in Maiskorn in Zucker: Für den Abbau der Cellulose werden normalerweise teure Enzyme benötigt, die aus gentechnisch veränderten Mikroben gewonnen werden.
Jetzt Mariam Sticklen , Professorin für Pflanzenbau und Bodenkunde an der Michigan State University, und ihre Kollegen haben Mais gentechnisch verändert, um das gleiche Enzym zu produzieren, das die transgenen Mikroben produzieren. Die in Pflanzen angebaute Cellulase könnte etwa 30 bis 50 Cent pro Gallone produziertem Ethanol einsparen, sagt Sticklen.
Der Schlüssel zu Sticklens Fortschritt bestand darin, den Mais so zu verändern, dass die Enzyme die Zellulose nicht abbauen, während die Pflanzen noch am Leben waren. Ein Teil der Lösung bestand darin, ein Enzym zu verwenden, das in Bakterien vorkommt, die in heißen Quellen leben. Das Enzym ist nur bei hohen Temperaturen aktiv – höher als die, die die Zellen einer Pflanze zu Lebzeiten erreichen würden. Dadurch bleibt das Enzym ruhend, bis es auf etwa 50 °C erhitzt wird.
Der transgene Mais von Sticklen ist einer von mehreren vielversprechenden Ansätzen, um das zentrale Hindernis zu überwinden, das die Etablierung einer Zellulose-Biokraftstoffindustrie behindert: das Fehlen einer kostengünstigen Technologie, um die Widerspenstigkeit von Zellulose-Biomasse zu überwinden, sagt Lee Lynd , Professor für Ingenieurwissenschaften und Biologie am Dartmouth College in Hannover, NH. Aber er fügt hinzu, dass die Produktion von Enzymen in Pflanzen ihre eigenen Herausforderungen mit sich bringt.
Eine dieser Herausforderungen laut James McMillan , ein Hauptgruppenleiter bei der Nationales Labor für erneuerbare Energien , in Golden, CO, sorgt dafür, dass die transgenen Pflanzen keine negativen Auswirkungen auf die Umwelt haben. Wenn beispielsweise Pflanzenmaterial, das diese Enzyme enthält, auf dem Feld belassen würde, könnte es Ökosysteme verändern, indem Zucker für Mikroorganismen leichter verfügbar gemacht wird.
Gelingt es den Forschern, einige dieser Herausforderungen zu meistern, könnte der Biotech-Mais zu einer effizienteren Produktion von Ethanol führen, beginnend mit einer besseren Nutzung der Maiskörner. Ein Großteil des Maiskorns enthält Zellulose, die in herkömmlichen Ethanolanlagen nicht in Ethanol umgewandelt wird. Einige Entwickler erwägen, bestehende Ethanolanlagen für die Verarbeitung dieser Maiskornzellulose mit Ausrüstung zu ergänzen. Im transgenen Mais von Sticklen würde diese Zellulose im Korn Enzyme zur Umwandlung von Zellulose in Zucker enthalten, was den Prozess vereinfachen könnte.