Die Fördermaßnahme CO₂BioTech des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) greift diese Entwicklungen gezielt auf und soll die biotechnologische CO₂-Nutzung in Richtung industrieller Anwendung voranbringen. Die zehn geförderten Verbundprojekte zeigen, dass sich aus CO₂ Biokunststoffe, Plattformchemikalien, Aminosäuren, Aromastoffe oder Spezialchemikalien herstellen lassen, und führen diese Verfahren zunehmend Richtung industrielle Anwendung.

CO₂BioTech: biotechnologische Innovationen für eine industrielle CO₂-Nutzung

Die Fördermaßnahme CO₂BioTech ist in der Nationalen Bioökonomiestrategie der Bundesregierung verankert und zielt darauf ab, neue industrielle Verfahren zu entwickeln, die Kohlenstoffdioxid und andere Stoffe mit einem Kohlenstoffatom, sogenannte C1-Verbindungen, als Rohstoff nutzen. Im Mittelpunkt steht dabei nicht nur die Reduktion von Emissionen, sondern der Aufbau völlig neuer Wertschöpfungsketten auf Basis erneuerbaren Kohlenstoffs.

Gefördert werden Forschungs- und Entwicklungsprojekte, die biotechnologische Prozesse gezielt in Richtung Anwendung weiterentwickeln. Dazu gehören gentechnisch optimierte Mikroorganismen, enzymatische Katalyse-Systeme und synthetisch designte Stoffwechselwege, die CO₂ direkt oder über Zwischenstufen wie Methanol oder Formiat in höherwertige Chemikalien überführen. Ein besonderer Fokus liegt auf der Verbindung dieser biologischen Ansätze mit weiteren Schlüsseltechnologien wie Elektrochemie oder wasserstoffbasierten Prozessen, wodurch hybride Produktionssysteme entstehen.

Charakteristisch für die Fördermaßnahme ist die starke Ausrichtung auf industrielle Umsetzbarkeit. Die Projekte sind als Verbundvorhaben mit verpflichtender Industriebeteiligung angelegt und sollen nicht nur wissenschaftliche Erkenntnisse liefern, sondern den Übergang in Pilot- und Demonstrationsmaßstäbe vorbereiten. Dazu gehören auch Fragen der Prozessskalierung, Wirtschaftlichkeit sowie Lebenszyklusanalysen, die die tatsächlichen Klima- und Ressourceneffekte der Technologien bewerten. Durch diesen anwendungsorientierten Ansatz sollen aus einzelnen biotechnologischen Innovationen tragfähige industrielle Verfahren entstehen, die langfristig fossile Rohstoffbasen in der Chemie ersetzen können und damit zur Transformation hin zu einer klimaneutralen Industrie beitragen.

Biotechnologische Ansätze, die CO₂ zu Wertstoffen umsetzen

Die Fördermaßnahme CO₂BioTech unterstützt eine Reihe technologischer Ansätze, die einem gemeinsamen Prinzip folgen: Kohlenstoffdioxid oder daraus abgeleitete einfache Moleküle werden mithilfe biologischer oder biohybrider Systeme in höherwertige chemische Produkte umgewandelt. Dabei lassen sich drei zentrale technologische Richtungen unterscheiden, die jeweils unterschiedliche Prozesslogiken aufweisen.

Der dritte Ansatzbereich konzentriert sich auf sogenannten C1-Fermentationen. Hier wird CO₂ nicht direkt, sondern über einfache Zwischenmoleküle wie Methanol genutzt. Diese dienen als leicht verwertbare Kohlenstoffquelle für Mikroorganismen oder enzymatische Kaskaden. Dadurch lassen sich komplexe Produkte wie Aminosäuren, Vitamine oder funktionale Chemikalien herstellen. 

Die Projekte der CO₂BioTech-Förderung im Überblick

Zehn Verbundprojekten überführen im Förderprogramm CO₂ und C1-Verbindungen in industrielle Wertstoffe und verfolgen dabei unterschiedliche technologische Ansätze. 

Im Bereich der biologischen CO₂-Fixierung und -Umwandlung nutzen die Forschenden Mikroorganismen als Produktionsplattform. ValenCell verwendet Mikroalgen, die mithilfe von Lichtenergie CO₂ fixieren und in den wertvollen Aromastoff Valencen umwandeln, wobei insbesondere die industrielle Photobioprozessierung im Vordergrund steht. Auch PHBMAX nutzt Lichtenergie und entwickelt gentechnisch optimierte Cyanobakterien zur Herstellung von Biokunststoffen wie Polyhydoxybutyrat (PHB) aus Abgasen. Limerick adressiert CO₂ aus Zementabgasen und koppelt mikrobiologische Prozesse mit Wasserstoffnutzung, um Polyamide als hochwertige Industriepolymere zu erzeugen. FUMBIO setzt auf ein Bakterium aus dem Kuhpansen für fermentative Prozesse mit CO₂ aus Industrieabgasen und nutzt Fumarat als zentrales Zwischenprodukt zur Herstellung biobasierter Chemikalien für die Polymerindustrie. 

Der zweite Schwerpunkt umfasst biohybride und elektrobiotechnologische Systeme. Biolectid kombiniert CO₂ aus Biogas mit bioelektrochemischen Prozessen und entwickelt eine Plattform zur Herstellung von Bernsteinsäure, einem wichtigen Grundstoff der Chemieindustrie. BEFuel verknüpft CO₂-haltige Abgase und Abwasserströme mit elektrischer Energie und entwickelt daraus ein breites Produktspektrum, darunter E-Fuels, C6/C8-Alkohole, Säuren und Tenside. eCO₂DIS nutzt ein zellfreies, strom- oder wasserstoffgetriebenes System, um CO₂ in Acetyl-CoA umzuwandeln und daraus flexibel verschiedene Produktklassen wie Alkohole, Aromaten und Terpene zu synthetisieren. Biofactur-e verbindet enzymatische Kaskaden mit mikrobiellen Systemen und wandelt CO₂ über Methanol in zentrale Zwischenprodukte wie Serin um, aus denen anschließend Aminosäuren wie Cystein sowie weitere Plattformchemikalien entstehen.

Im Bereich der C1-Fermentationen steht Methanol als zentraler Ausgangsstoff im Mittelpunkt. C1TOCO nutzt Methanol-basierte Fermentationen und enzymatische Systeme zur Herstellung von Tocochromanolen, die als Antioxidantien insbesondere in der Futtermittelindustrie relevant sind. PYTHAGORAS entwickelt eine modulare enzymatische Plattform zur Umsetzung von grünem Methanol in verschiedene Aminosäuren, insbesondere L-Alanin, und optimiert dabei die einzelnen Reaktionskaskaden für eine spätere industrielle Skalierung.

Fortschritte und Perspektiven der CO₂BioTech-Projekte

Die Projekte der CO₂BioTech-Förderung haben in den vergangenen Jahren bereits zentrale technologische Durchbrüche erzielt und zeigen, dass CO₂-basierte biotechnologische Produktion nicht mehr nur ein Konzept, sondern in Teilbereichen bereits vorindustriell realisiert ist.

Ein wesentlicher Fortschritt liegt in der erfolgreichen Kopplung biologischer Systeme mit elektrischer Energie. In mehreren Projekten wurde gezeigt, dass Strom oder Wasserstoff gezielt als treibende Energiequelle für biokatalytische Reaktionen eingesetzt werden können. Dadurch entstehen völlig neue Prozessklassen, in denen klassische Stoffwechselabhängigkeiten teilweise umgangen werden.

Mehrere Projekte haben bereits erfolgreich den Schritt von der reinen Konzeptphase zur produktiven Umsetzung erreicht. So werden erste Biopolymere, Plattformchemikalien oder Aromastoffe bereits im Labormaßstab oder in erweiterten Reaktorsystemen produziert. In einigen Fällen steht nicht mehr die prinzipielle Machbarkeit im Vordergrund, sondern die kontinuierliche Optimierung von Ausbeuten, Stabilität und Prozessführung.

Ein weiterer zentraler Fortschritt ist die Integration komplexer Prozessketten. Viele Projekte kombinieren heute CO₂-Fixierung, Zwischenstufenbildung und Produktbiosynthese in modularen Systemen. Dadurch entstehen flexible Plattformen, die unterschiedliche Zielprodukte aus gemeinsamen Ausgangsstoffen erzeugen können. Diese Modularität gilt als entscheidender Schritt in Richtung industrieller Anwendung.

Trotz dieser Fortschritte bleiben zentrale Herausforderungen bestehen. Besonders die Überführung biologischer Systeme in stabile großtechnische Prozesse ist anspruchsvoll, da Mikroorganismen und biologische Materialien empfindlich auf Prozessbedingungen reagieren und langfristige Stabilität gewährleistet werden muss. Hinzu kommen wirtschaftliche Fragen, insbesondere im Vergleich zu etablierten fossilen Produktionsrouten, sowie der Energiebedarf bei elektrobiotechnologischen Ansätzen.

Gleichzeitig ist die Perspektive klar erkennbar: CO₂BioTech entwickelt eine technologische Grundlage für eine neue industrielle Kohlenstoffwirtschaft. Die Kombination aus CO₂-Nutzung, biologischer Produktion und erneuerbarer Energie eröffnet langfristig die Möglichkeit, chemische Grundstoffe und Spezialchemikalien nachhaltig und flexibel herzustellen mit dem Potenzial, fossile Rohstoffketten strukturell zu ersetzen.