Ein Enzym produziert Wasserstoff wie in der Natur
Bakterien produzieren Wasserstoff ganz ohne Wind- oder Sonnenkraft: Das natürliche Verfahren mit Hilfe von Enzymen haben nun Forscher der Uni Bochum im Labor erfolgreich nachgeahmt. Wenn sich das Verfahren bewährt, wäre auf längere Sicht eine kostengünstige Wasserstoffproduktion möglich.
Wasserstoff ist auch ein idealer Energieträger für Autos, sofern der Wasserstoff mit Hilfe erneuerbarer Energiequellen gewonnen wird. Jetzt haben Bochumer Forscher ein in der Natur vorkommendes Verfahren zur Wasserstoffproduktion im Labor erfolgreich angewandt.
Foto: Soeren Stache/dpa
Nichts ist effektiver als die Natur, wenn es um die Herstellung von Wasserstoff geht. Das Gas, das die Menschen am liebsten als Rohstoff verbrennen, dient in der Natur als Zwischenprodukt zur Versorgung von Pflanzen mit Energie. Forscher aus dem Ruhrgebiet haben dieses Geheimnis der natürlichen Wasserstoffproduktion jetzt ergründet und den Wasserstoffproduzenten nachgebaut, der in Jahrmillionen vervollkommnet worden ist: Hydrogenasen.
Biologen und Chemiker aus Bochum und Mülheim an der Ruhr ist es gelungen, eine so genannte Eisen-Eisen-Hydrogenase halbsynthetisch herzustellen. Während die rein synthetischen Nachbauten nur mäßig produktiv sind, stehen die halbsynthetischen den natürlichen Hydrogenasen kaum nach. Damit ist der Grundstein für ein Produktionssystem gelegt, das den Energieträger Wasserstoff zu erträglichen Preisen herstellen kann. Bisher haben Forscher versucht, das Enzym aus Bakterien und Algen zu isolieren: Diese Prozedur ist aber so aufwändig, dass der von diesen Hydrogenasen produzierte Wasserstoff unbezahlbar ist.
Zusammengepuzzeltes Enzym entpuppte sich als Durchbruch
Die Wissenschaftler der Ruhr-Universität Bochum und des Mülheimer Max-Planck-Instituts für Chemische Energiekonversion haben die Natur überlistet. Sie fügten der natürlich vorkommenden Vorstufe des begehrten Enzyms, die sich kostengünstig und in großen Mengen gewinnen lässt, das im Labor hergestellte Zentrum der Eisen-Eisen-Hydrogenase hinzu. Auf wundersame Weise verbanden sich die beiden Substanzen zu einem voll funktionsfähigen Enzym, das umgehend große Mengen an Wasserstoff produzierte.
Wie sich nach intensiven Untersuchungen herausstellte, hatte die Hydrogenase-Vorstufe die chemisch hergestellte eisenhaltige Substanz spontan in ihr Proteingerüst integriert und aktiviert. Die Forscher fanden heraus, dass die zusammengepuzzelte Hydrogenase von der natürlichen nicht zu unterscheiden ist.
Bakterien produzieren riesige Mengen an Wasserstoff
Kostengünstiger Wasserstoff, der mit Hydrogenasen und Sonnenenergie hergestellt wird, würde die Energieversorgung der Welt revolutionieren, weil bei der Verbrennung des leichtesten aller Gase nur Wasser entsteht. Dass eine Produktion im großen Maßstab möglich ist, beweisen Bakterien. Nach Schätzungen produzieren sie weltweit 150 Millionen Tonnen Wasserstoff pro Jahr. Es handelt sich um Mikroorganismen, die in sauerstoffarmer oder gar sauerstofffreier Umgebung leben. Wasserstoff versorgt Motoren und Brennstoffzellen in Fahrzeugen, er kann Wohnungen heizen, Duschwasser erwärmen und zum Kochen genutzt werden. In der Industrie kann er Prozesswärme liefern – und das ganz ohne Emissionen von Kohlendioxid und anderen klimaschädlichen Gasen.
Ehe die Hydrogenasen aus dem Ruhrgebiet allerdings großtechnisch nutzbar sind, wird noch eine ganze Weile vergehen. Bisher gelingt es lediglich, Hydrogenasen im Milligramm-Maßstab herzustellen.
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