Wasserstoffgewinnung mittels einer Artifiziellen
Bakterien-Algen-Symbiose (Projekt ArBAS)
 
Bakterienkulturen Purpurbakterien: Von Ardley (einer kleinen Insel in der Antarktis) bis Zagora (einer Oase am Rande der Sahara) kommen sie her. An die 500 Wasserproben wurden in den vergangenen 15 Jahren am Fachgebiet Bionik und Evolutionstechnik der TU Berlin zusammengetragen. Purpurbakterien beherrschen ein biologisches HABER-BOSCH-Verfahren. Mangelt es am Synthesepartner Stickstoff, wird Wasserstoff freigesetzt.
Das technische Umfunktionieren von Ergebnissen der biologischen Evolution ist das Arbeitsgebiet der Bionik. Ergebnisse der Evolution gefallen, weil sie optimiert und per se umweltverträglich sind. Modell für den Bioniker zur Wasserspaltung ist der zweistufige Weg, den der Wasserstoff in der Natur vom H2O zum NH3 nimmt. Dies geschieht in der Natur meist im Rahmen einer Arbeitsteilung: Knöllchenbakterien empfangen von den Leguminosen Kohlenhydrate und revanchieren sich mit Stickstoff-Syntheseprodukten. Marine Algen scheiden freigebig Kohlenhydrate aus, die von N2-fixierenden Bakterien assimiliert werden; die Alge erhält ihren Einsatz in der Form von "Stickstoffdünger" zurück. Bei einigen Blaualgen hat die Evolution diesen Tauschprozeß in einem Organismus vereinigt. Vegetative Zellen und Heterozysten von Nostoc muscorum arbeiten so zusammen, wie möglicherweise marine Algen und Purpurbakterien.
Bakterien-Algen-Symbiose Die Idee einer Nachbildung der Verfahrens-Technik von Nostoc muscorum zur Wasserspaltung ist einfach formuliert: Ein Reaktorgefäß, gefüllt mit Grünalgen, bildet das Analogon zur vegetativen Zelle; ein Reaktorgefäß, gefüllt mit Purpurbakterien, stellt das Pendant zur Heterozyste dar. Im Prozeß zirkulierendes Kohlendioxid wird im Grünalgenreaktor mit Wasserstoff beladen (Kohlenhydrat) und im Purpurbakterienreaktor wieder entladen. Fehlt Stickstoff zur NH3-Bindung, wird Wasserstoff freigesetzt.

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Sahara-Experiment
Sahara-Bioreaktor
Wasserstoff, der Energieträger der Zukunft

Alljährlich findet in den Dünen der Sahara ein nicht alltägliches Experiment tatt. In einem Photobioreaktor werden Purpurbakterien und Grünalgen kultiviert, um in einem Stoffwechselverbund nach dem Vorbild der Alge Nostoc muscorum solaren Wasserstoff zu produzieren. Die Pilot-Experimente begleiten das Berliner Projekt "Artifizielle Bakterien-Algen-Symbiose" (ArBAS).

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I. Rechenberg: Photobiologische Wasserstoffproduktion in der Sahara. Frommann-Holzboog, Stuttgart 1994.

Schäfer, L., Sackretz, M., Rechenberg, I., 2002, "A Three-Step Microbial Hydrogen-Producing System - First Results", A Poster presented at the Biohydrogen 2002 Conference, Ede-Wageningen, Netherlands, (pdf document)

Schäfer, L., 2002, "Isolation/Gewinnung von Purpurbakterien - Versuchsbeschreibung", (pdf document)

Schäfer, L., 2003, "Photobiologische Wasserstoffproduktion in einem Purpurbakterien/Grünalgen-Verbundreaktor - Entwicklung und Bewertung eines Reaktorkonzeptes und mikrobielle Aufbereitung der Grünalgensuspension", ISBN 3-89825-703-7, Verlag dissertation.de

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