Neuer Weg zu einem effizienten Wasserstoffspeicher

Kai Schuchmann bei seiner Arbeit an Sauerstoff empfindlichen Bakterien im Anaerobenzelt / Bildquelle: Uwe Dettmar

Wasserstoff ist eine klimafreundliche Alternative für die Energieversorgung der Zukunft. Eine sichere und effiziente Möglichkeit, diesen zu speichern, haben die Frankfurter Biowissenschaftler Kai Schuchmann und Volker Müller von der Goethe-Universität nun entdeckt. Wie sie in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Science berichten, fanden sie in einem Bakterium ein Enzym, das Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid zu Ameisensäure umsetzt. Im Unterschied zu gasförmigem Wasserstoff kann diese Flüssigkeit wie konventionelle Treibstoffe gelagert und transportiert werden. Der Vorteil: Wasserstoff würde erst am Verbrauchsort zur Umsetzung in einer Brennstoffzelle wieder freigesetzt oder die Ameisensäure könnte direkt zur Energieversorgung von elektronischen Geräten wie Mobiltelefonen eingesetzt werden.

Ein Auto mit Brennstoffzelle benötigt circa 45 000 Liter Wasserstoff für 400 Kilometer. Nach Kai Schuchmann ließe sich diese Menge in circa 75 Litern flüssiger Ameisensäure speichern. Eigentlich erforscht der Biowissenschaftler in seiner Doktorarbeit den Stoffwechsel des Bakteriums Acetobacterium woodii. Dieser Organismus gibt Einblicke in die Lebensweise der ersten Organismen auf der Erde. Jetzt zeigte sich, dass in diesem Bakterium zusätzlich viel Potential für zukünftige Technologien steckt. Bisherige chemische Katalysatoren benötigen meist hohe Drücke oder Temperaturen für die schnelle Umsetzung von Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid. Die biologische Alternative ermöglicht nun die Reaktion mit hoher Geschwindigkeit unter milden Bedingungen.

Attraktiv ist das Enzym nicht nur deshalb, weil es sowohl die Speicherung als auch die Freisetzung von Wasserstoff mit hoher Effizienz ermöglicht, so Prof. Volker Müller, Leiter der Abteilung für Molekulare Mikrobiologie und Bioenergetik der Goethe-Universität. Sogar die Verwertung von Kohlenstoffmonoxid ist über einen alternativen Weg möglich. Dies ist von Vorteil, da Brennstoffzellen durch Verunreinigungen mit Kohlenstoffmonoxid geschädigt werden.

Die Wissenschaftler haben bereits ein Patent für ihr System der biologischen Wasserstoffspeicherung angemeldet, in dem sie auch die Bakterien als ganzes verwenden können. Das Acetobacterium woodii muss nur dazu gebracht werden, seinen Stoffwechsel nach der Produktion von Ameisensäure, die nur ein Zwischenprodukt ist, abzubrechen. Das gelang den Forschern durch das Entfernen von Natriumionen, denn das Bakterium benötigt für einen entscheidenden Schritt der Energiegewinnung Natrium, wie Prof. Müller im vergangenen Jahr in einer viel beachteten Publikation herausfand. Wird es nicht mit Natrium versorgt, stellt es nur Ameisensäure her.

Publikation: Kai Schuchmann und Volker Müller, Direct and reversible hydrogenation of CO₂ to formate by a bacterial carbon dioxide reductase, Science doi: 10.1126/science.1244758

www.uni-frankfurt.de