Ganz grundlegend geht es bei GasValor darum, Kohlenstoffgase wie Kohlenstoffdioxid oder Methan in die stoffliche Wertschöpfung zurückzuführen. Werden diese Gase in die Atmosphäre abgegeben, treiben die Erderwärmung an und der Kohlenstoff bleibt ungenutzt. Wir versuchen, die Gase stattdessen als Rohstoff zu nutzen. Dafür setzen wir auf biotechnologische Prozesse, genauer gesagt auf die sogenannte Gasfermentation. In meinem Teil des Projekts steht vor allem die CO₂-Verwertung im Fokus. Dabei wandeln acetogene Bakterien Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid zusammen mit Wasserstoff in organische Moleküle um. Unser Hauptprodukt ist dabei Acetat, also die deprotonierte, gelöste Form der Essigsäure bei neutralem pH-Wert.

Essigsäure ist eine Plattformchemikalie. Das bedeutet: Sie ist kein Endprodukt, sondern ein Ausgangsstoff für viele weitere chemische Verbindungen, etwa Lösungsmittel wie Ethylacetat oder Butylacetat. Man kann sich das Ganze also wie eine Art Recyclingprozess vorstellen, bei dem aus Abgasen wieder nutzbare Bausteine für die Industrie entstehen.

Der entscheidende Vorteil dieser biologischen Systeme liegt darin, dass sie auch mit Gasgemischen klarkommen. Industrielle Abgase, etwa aus Stahlwerken oder Biogasanlagen, sind in der Regel nicht rein. Sie enthalten verschiedene Verunreinigungen, die chemische Katalysatoren schnell deaktivieren können. Mikroorganismen sind da oft deutlich toleranter. Unsere acetogenen Bakterien können auch mit solchen Gasgemischen umgehen und den Kohlenstoff in neue Moleküle einbauen. Das macht den Prozess potenziell einfacher und kostengünstiger, weil aufwendige Reinigungsschritte entfallen können.

Ja genau, und hier kommt mein eigener Forschungsschwerpunkt ins Spiel. Die Herstellung des Produkts ist nur ein Teil des Prozesses, eine große Herausforderung liegt oft in der Trennung. Die Essigsäure entsteht in einer stark verdünnten, wässrigen Lösung, der Fermentationsbrühe. Zudem liegt sie bei den Bedingungen im Reaktor nicht als freie Säure vor, sondern als Acetat-Ion, also in geladener Form. Um daraus ein nutzbares Produkt zu machen, muss man den pH-Wert senken, also ansäuern. Klassisch würde man dafür eine starke Säure wie Schwefelsäure einsetzen. Das Problem ist: Dabei entstehen große Mengen an Salzabfällen, weil man zusätzliche Ionen ins System einbringt. Die möchten wir aber vermeiden. Der Lehrstuhl, an dem ich arbeite, hat dafür sogenannte elektrifizierte Trennverfahren entwickelt. Statt Chemikalien einzusetzen, nutzen wir elektrischen Strom, um Wasser zu spalten und so gezielt Protonen zu erzeugen. Damit können wir den pH-Wert einstellen, ohne zusätzliche Salze zu produzieren. Das macht den Prozess deutlich ressourceneffizienter und eröffnet die Möglichkeit, ihn direkt mit erneuerbarer Energie zu koppeln.

Eine zweite große Herausforderung ist die eigentliche Abtrennung der Essigsäure vom Wasser. Anders als etwa Ethanol lässt sich Essigsäure nicht einfach energieeffizient abdampfen, weil sie einen höheren Siedepunkt hat als Wasser. Deshalb arbeiten wir mit Extraktionsverfahren, die die Essigsäure gezielt aus der Lösung herauslösen und aufkonzentrieren. Mein Fokus liegt genau an dieser Schnittstelle: Wie kann man die biotechnologisch erzeugten Produkte so effizient und nachhaltig wie möglich weiterverarbeiten?

Zu Beginn meiner Zeit am Lehrstuhl habe ich an der stofflichen Nutzung von Hüttengasen aus der Stahlindustrie gearbeitet. Das war thematisch schon sehr nah an der Idee, kohlenstoffreiche Abgase sinnvoll zu verwerten. Als dann das Projekt GasValor entstand, hat sich daraus eine klare Weiterentwicklung ergeben. Ich fand den Ansatz sofort spannend, weil er mehrere Dinge verbindet: eine aktuelle gesellschaftliche Herausforderung, den Umgang mit CO₂, und gleichzeitig eine sehr konkrete technische Umsetzung. Besonders reizvoll ist für mich der Anwendungsbezug. Es geht nicht nur darum, ein Konzept im Labor zu zeigen, sondern eine Technologie zu entwickeln, die perspektivisch auch industriell eingesetzt werden kann. Diese Verbindung aus Grundlagenverständnis und praktischer Umsetzung ist ein starker Motivator.

Ich halte es für sehr wahrscheinlich, dass wir in 20 Jahren industrielle Anlagen sehen werden, die genau solche Prozesse nutzen. Also Anlagen, die Abgase nicht mehr nur als Problem betrachten, sondern als Rohstoffquelle für Chemikalien. Langfristig müssen wir uns ohnehin die Frage stellen, woher der Kohlenstoff für unsere Produkte kommen soll, wenn wir uns von fossilen Rohstoffen wie Erdöl lösen. Biomasse kann nicht die einzige Lösung sein, denn sie ist begrenzt. CO₂ hingegen ist in großen Mengen verfügbar. Die Gasfermentation kann hier ein wichtiger Baustein sein. Sie ermöglicht es, Kohlenstoff im Kreislauf zu führen und seine „Lebenszeit“ zu verlängern, anstatt ihn sofort als Emission freizusetzen.

Natürlich gibt es noch Herausforderungen, etwa die Wirtschaftlichkeit oder die Verfügbarkeit von günstigem, grünem Wasserstoff. Aber das Interesse aus der Industrie ist bereits da und die technologischen Fortschritte sind vielversprechend. Ich würde deshalb sagen: Die Technologie wird nicht alle Probleme lösen, aber sie hat das Potenzial, ein fester Bestandteil einer nachhaltigen chemischen Industrie zu werden.

Das Interview führte Hanna Berger