Wasserstoff hat Zukunft. Derzeit ist die Herstellung des klimafreundlichen Treibstoffes noch teuer und aufwendig. Forscher gelingt mit einem neuen, einfacheren und erdgasfreien Verfahren, die dreifache Menge zu produzieren.

Wasserstoff ist ein klimaverträglicher Treibstoff, lässt sich bisher jedoch nur sehr aufwendig und teuer produzieren - etwa aus Wasser oder Erdgas. Forscher um Percival Zhang von der Virginia Polytechnic Institute and State University in Blacksburg haben nun die Erzeugung von Biowasserstoff aus Ernteabfällen um das Dreifache gesteigert: Sie konnten nach eigenen Angaben aus den häufigsten Kohlenhydraten der Pflanzenteile den maximalen Ertrag an Wasserstoff herausholen. Ihr Verfahren, das elf verschiedene Enzyme als Biokatalysatoren nutzt, sei ähnlich produktiv wie die industrielle Herstellung, schreiben die Forscher in den "Proceedings" der US-Nationalen Akademie der Wissenschaften ("PNAS").

Als Ausgangsmaterial verwenden Zhang und Kollegen Stängel und Blätter von Maispflanzen. Diese behandeln sie in einem bereits bekannten Verfahren mit Enzymen und verdünnter Säure, so dass die langkettigen Kohlenhydrate Zellulose und Xylan in Glucose und Xylose aufgespalten werden. An diese beiden Einfachzucker wird eine Phosphatgruppe gehängt, bevor über weitere Enzymreaktionen der Wasserstoff (H2) freigesetzt wird. Anschließend werden die um Wasserstoff erleichterten Zuckermoleküle weitgehend recycelt.

Die optimalen Bedingungen für dieses Verfahren fanden die Forscher nicht nur im Labor, sondern auch über mathematische Berechnungen. Aus einer Vielzahl von Versuchsergebnissen erstellten sie ein virtuelles Reaktionsmodell. Darin variierten sie die Anteile der verschiedenen Enzyme und errechneten mit evolutionären Algorithmen die beste Lösung.

Geringere Reaktionstemperatur, aber viel Zeit nötig

Ein Vorteil gegenüber früheren Verfahren sei, dass sie auf ein hitzeempfindliches Enzym verzichteten und so mit einer Reaktionstemperatur von 40 statt 32 Grad Celsius arbeiten konnten, schreiben die Forscher. Die Produktivität sei dadurch vergleichbar hoch wie in der industriellen Biogas- und Wasserstoffherstellung.

Noch dauert der Produktionsprozess allerdings recht lange. Den maximalen Wasserstoffertrag erhielten die Forscher nach 78 Stunden. Sie hoffen aber, künftig hitzestabilere Enzyme nutzen und die Reaktion durch höhere Temperaturen schneller ablaufen zu lassen.

Als Vorteile ihrer Methode geben Zhang und Kollegen außerdem an, dass sie nicht auf lebende biologische Zellen angewiesen sind wie viele biotechnische Verfahren. Mögliche Zwischenprodukte, die für die Zellen giftig seien, könnten das Ergebnis deshalb nicht beeinträchtigen. Zudem lasse sich aus der wässrigen Lösung der gasförmige Wasserstoff leicht auffangen, erklären die Wissenschaftler. Ein Trennverfahren sei damit überflüssig.