Synthesegas-Fermentation, kurz auch Syngas-Fermentation, ist ein mikrobiologischer Prozess, bei dem ein Synthesegas aus Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H2) und Kohlendioxid (CO2) als Energie- und Substratquelle für die Fermentation genutzt wird.
Durch die Stoffwechsel-Prozesse der eingesetzten Mikroorganismen können auf diese Weise Chemikalien gewonnen werden, die als Biokraftstoffe oder als Plattformchemikalien in der Chemischen Industrie eingesetzt werden können. Die Hauptprodukte dieses Prozesses umfassen Ethanol, Butanol, Essigsäure, Buttersäure und Methan.R. M. Worden, M. D. Bredwell, A. J. Grethlein: Engineering issues in synthesis gas fermentations. In: Badal C Saha (Hrsg.): Fuels and Chemicals from Biomass. American Chemical Society, Washington, DC 1997, ISBN 0-8412-3508-2, S. 321–335. Neuere Ansätze produzierten auch längerkettige organische Verbindungen wie Caproat, Hexanol oder Octanol.
Es gibt eine Reihe von Mikroorganismen, die in der Lage sind, nutzbare Chemikalien und Kraftstoffe auf der Basis von Synthesegas zu produzieren, vor allem Clostridium ljungdahlii,K. T. Klasson, M. D. Ackerson, E. C. Clausen, J. L. Gaddy: Bioconversion of synthesis gas into liquid or gaseous fuels. In: Enzyme and Microbial Technology. Band 14, Nr. 8, 1992, S. 602–608. Clostridium autoethanogenum,J. Abrini, H. Naveau, E. J. Nyns: Clostridium autoethanogenum, Sp-Nov, an Anaerobic bacterium that produces ethanol from carbon monoxide. In: Archives of Microbiology. Band 161, Nr. 4, 1994, S. 345–351. Eubacterium limosum,I. S. Chang, B. H. Kim, R. W. Lovitt, J. S. Bang: Effect of CO partial pressure on cell-recycled continuous CO fermentation by Eubacterium limosum KIST612. In: Process Biochemistry. Band 37, Nr. 4, 2001, S. 411–421. Clostridium carboxidivorans,A. Ahmed, R. S. Lewis: Fermentation of biomass generated syngas:Effect of nitric oxide. In: Biotechnology and Bioengineering. Band 97, Nr. 5, 2007, S. 1080–1086. Peptostreptococcus productusM. Misoph, H. L. Drake: Effect of CO2 on the fermentation capacities of the acetogen Peptostreptococus productus U-1. In: Journal of Bacteriology. Band 178, Nr. 11, 1996, S. 3140–3145. und Butyribacterium methylotrophicum.A. M. Henstra, J. Sipma, A. Reinzma, A. J. M. Stams: Microbiology of synthesis gas fermentation for biofuel production. In: Current Opinion in Biotechnology. Band 18, Nr. 3, 2007, S. 200–206.
Die Vorteile der Synthesegas-Fermentation gegenüber konventionellen chemischen Prozessen, beispielsweise der Fischer-Tropsch-Synthese, liegen in den niedrigeren Prozesstemperaturen und -drücken und der Nutzbarkeit von Gasen mit höheren Schwefelgehalten sowie der Nutzbarkeit von unterschiedlichen Verhältnissen von Kohlenmonoxid und Wasserstoff im Synthesegas, wodurch Aufreinigungsschritte eingespart werden sowie eine Wasserstoffanreicherung nicht notwendig ist. Nachteilig wirkt sich dagegen die Limitation der Gaszugabe in die Fermentationsbrühe, die niedrige volumetrische Produktivität sowie die Inhibierung der Organismen durch höhere Produktkonzentrationen aus. Um die genannten Nachteile auszugleichen oder die Herstellung von hochwertigeren Produkten möglich zu machen, bedienen sich Forschern des Metabolic Engineering, womit sich beispielsweise Inhibierungen verringern oder Produktivitäten erhöhen lassen. Des Weiteren werden stetig Fortschritte im Bereich der Optimierung der Fermentationstechnik gemacht.
Ein Beispiel einer Pilotanlage stellt die Kooperation des deutschen Chemiekonzerns BASF mit dem Synthesegas-Fermentationsspezialisten LanzaTech im Jahr 2021 dar. Ziel dieser Kooperation ist es die Kompetenzen beider Unternehmen zur Entwicklung eines Prozesses zur Nutzung von Abfallströmen, beispielsweise der Stahlindustrie, zu nutzen.
Belege
Kategorie:Fermentation Kategorie:Chemisch-technisches Verfahren