Robert Klatt
In der Tschuktschensee wurde der erste Erdöl-produzierende Organismus entdeckt. Prinzipiell könnte diese Meeresalge zur Herstellung von klimaneutralen Kraftstoffen verwendet werden.
Yokosuka (Japan). Erdöl wird nicht nur zur Produktion von Benzin, Diesel und anderen Kraftstoffen benötigt, sondern ist auch einer der wichtigsten Rohstoffe der chemischen Industrie. Gewonnen werden konnte die Flüssigkeit aus gesättigten Kohlenwasserstoffketten bisher ausschließlich aus fossilen Quellen. Durch die Nutzung wird deshalb Kohlendioxid freigesetzt, das für Jahrmillionen gebunden war. Die Verbrennung von Erdöl ist deshalb einer der Hauptfaktoren für den immer höheren CO2-Anteil in der Atmosphäre.
Würde man stattdessen Erdöl biologisch erzeugen, würde die Verbrennung nur so viel CO2 freisetzten, wie zuvor aus der Umwelt aufgenommen wurde. Die Verwendung entsprechender Kraftstoffe wäre also klimaneutral. Einen natürlichen Organismus, der das vollständige Alkan-Spektrum des Erdöls produzieren kann, konnte die Wissenschaft aber bisher noch nicht finden. Sie musste deshalb für Experimente bisher auf Mikroben zurückgreifen, die aus Pflanzenreste synthetische Kraftstoffe erzeugen können (PNAS) oder auf genmanipulierte Bakterien, die Diesel herstellen (PNAS).
Nun haben Wissenschaftler der Japan Agency for Marine Earth Science and Technology (JAMSTEC) eine einzellige Meeresalge im Arktischen Ozean entdeckt, die ohne Veränderung ihre Gene biologisches Erdöl erzeugt. Die Alge der Art Dicrateria rotunda wurde in Wasserproben gefunden, die das Team um Naomi Harada in der Tschuktschensee vor der Nordküste Sibiriens entnahm. Dabei entdeckten die Forscher, dass das Phytoplankton in seinen Zellen Hohlräume besitzt, die es mit Öl füllt.
Eine Analyse mit der Gas-Chromatografie-Massenspektrometrie (GC-MS) belegt, dass das Öl aus unverzweigten gesättigten Kohlenwasserstoffen (Alkanen) besteht. „Das Bemerkenswerte daran war, dass alle geradkettigen Alkane mit Kettenlängen von zehn bis 38 Kohlenstoffatomen präsent waren“, erklärt Harada.
Die Meeresalge erzeugt demnach alle Alkane, die auch in Erdöl vorhanden sind. Dabei sind alle Kettenlängen von Benzin (C10 bis C15) über Diesel (C16 bis C20) als auch Heiz- und Schweröl (über C21) vorhanden. Es handelt sich somit um den ersten bekannten Organismus, der die in Erdöls vorhandene Kohlenwasserstoff-Mischung produzieren kann.
Außerdem haben die Wissenschaftler laut ihrer Publikation im Fachmagazin Scientific Reports entdeckt, dass noch mindestens zehn weitere Arten der Gattung Dicrateria Erdöl erzeugen können. Diese Algen existieren im Atlantik und Pazifik bis in die mittleren Breiten. „In Bezug auf die Eignung ihrer Kohlenwasserstoffe für Kraftstoffe übertreffen die Dicrateria-Algen alle bisher bekannten Vertreter des Phytoplanktons“, erklärt Harada.
Wie viel Erdöl diese Algen produzieren, hängt vor allem von ihren Umweltbedingungen ab. Laut Experimenten erzeugen die Einzeller bei einem guten Nahrungsangebot und viel Licht 12,5 bis 79,4 Nanogramm Öl pro Milligramm Trockenmasse. Bei Dunkelheit nimmt die Produktion um das 5,6-Fache und bei Stickstoffmangel sogar um das 48-Fache zu.
In Zukunft könnten die Algen laut ihren Entdeckern zur Produktion von Biokraftstoffen verwendet werden. „Die einzigartige Fähigkeit von Dicrateria könnte zur Entwicklung eines neuen Ansatzes für die Biosynthese von n-Alkanen beitragen“, konstatiert Harada.
PNAS, doi: 10.1073/pnas.1218447110
PNAS, doi: 10.1073/pnas.1215966110
Scientific Reports, doi: 10.1038/s41598-021-93204-w
