Biologie Wenn Algen nachts grünen Wasserstoff herstellen

Grüner Wasserstoff (H₂) aus umweltfreundlichen Quellen gilt als heißer Kandidat als Energieträger der Zukunft. Bestimmte Algen könnten ihn herstellen – wie das in industriellem Maßstab gelingen kann, untersuchen Forschende der Ruhr-Universität Bochum und der Universität Osaka gemeinsam in zwei Projekten, die das Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung fördert. Zum einen bauen die beiden Teams in Osaka ein gemeinsames Labor auf. Zum anderen gehen sie der neuen Idee nach, die Wasserstoffproduktionsmaschinerie der Algen in deren Mitochondrien zu verlegen und so von der Fotosynthese zu entkoppeln. So könnten die Algen tagsüber wachsen und nachts Wasserstoff erzeugen.

Zugang zu exzellenten Forschungseinrichtungen

Das Deutsch-Japanische Labor für Strukturaufklärung zur Entwicklung von Biobrennstoffzellen, kurz H₂-Lab, setzt die bestehende Kooperation zwischen den Universitäten Osaka und Bochum fort und intensiviert sie. „Beide Partneruniversitäten haben starkes Interesse, ihre Forschungsexzellenz in den Bereichen (semi)-artifizielle Systeme zur Erzeugung von Wasserstoff in einem Reallabor synergetisch zu nutzen“, so Prof. Dr. Thomas Happe, Projektleiter und Leiter der Arbeitsgruppe Photobiotechnologie an der Ruhr-Universität. „In einem der beiden Projekte entwickeln wir innovative Lösungen für Biobrennstoffzellentechnologien.“ Die Partner blicken auf eine jahrelange aktive Forschungskooperation zurück, die nun in Form einer realen, sichtbaren Präsenz in Japan verstetigt werden soll. Neben dem Aufbau einer Infrastruktur am Partnerinstitut in Osaka sind gegenseitige Forschungsaufenthalte und gemeinsame Workshops geplant. „Das Projekt kann den deutschen Forschenden den Zugang zu exzellenten Forschungseinrichtungen und -netzwerken in Japan und zu weltweit führenden Technologien erleichtern“, so Happe. Die bestehende Forschungskooperation der Ruhr-Universität Bochum mit der Universität Osaka wurde mit Start des Projekts um weitere fünf Jahre verlängert.

Thomas Happe leitet zwei neue Projekte, die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert werden. Sie werden jeweils gemeinsam mit Forschenden aus Japan bearbeitet. © RUB, Marquard

Wasserstoffproduktion von der Fotosynthese trennen

Ein konkretes Forschungsprojekt beider Partner startet bereits: das Projekt „Strukturbasiertes Metabolic Engineering der H₂-Produktion durch Algen (H2M)“. „Darin verfolgen wir einen neuartigen Ansatz für die biologische H₂-Produktion, indem wir den H₂-Stoffwechsel, der natürlicherweise in den Chloroplasten bestimmter Mikroalgen vorkommt, auf deren Mitochondrien übertragen wollen“, erläutert Thomas Happe. Damit wird die Wasserstoffproduktion von der Fotosynthese getrennt. Dies wird es den Zellen ermöglichen, tagsüber fotosynthetisch zu wachsen und in der Nacht gespeicherten Kohlenstoff für eine anhaltende Wasserstoffproduktion zu nutzen. Die Forschenden hoffen, mit diesem Konzept besser eine biologische Wasserstofferzeugung in industriellem Maßstab erreichen zu können.

Um den Prozess auf molekularer Ebene optimieren zu können, will das deutsch-japanische Team die beteiligten Biokatalysatoren im Detail untersuchen. „Unser japanischer Partner hat exzellente Möglichkeiten zur Strukturaufklärung von Biomolekülen“, erklärt Thomas Happe. „Die Verstetigung und der Ausbau unserer Kooperation versprechen viele neue Erkenntnisse in die biologische Wasserstoffproduktionsmaschinerie von Algen.“