Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Kassel, der Ruhr-Universität Bochum und der Universidade Nova Lissabon haben einen Ansatz zur biotechnologischen Wasserstoffproduktion mit Cyanobakterien - auch als Blaualgen bekannt - vorgestellt. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie International Edition" erschienen.
Cyanobakterien können mithilfe der Photosynthese Wasserstoff erzeugen. Allerdings hemmt der dabei entstehende Sauerstoff die Aktivität der Hydrogenasen – jener Enzyme, die für die Wasserstofffreisetzung verantwortlich sind. Bisherige Verfahren zur Sauerstoffentfernung galten als ineffizient oder erforderten zusätzliche Chemikalien und Kohlenhydrate.
Sauerstofffreie Mikroumgebung für Wasserstoff produzierende Cyanobaktieren
Das Team um Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann (Bochum), Prof. Dr. Kirstin Gutekunst (Kassel) und Dr. Felipe Conzuelo (Lissabon) integrierte Cyanobakterien-Mutanten in ein Redoxpolymer, das auf einer Elektrode abgeschieden ist. Das Polymer enthält Viologengruppen. Diese werden durch Anlegen eines elektrischen Potentials reduziert und bauen den Sauerstoff in der Umgebung der Zellen ab. So entsteht direkt um die Zellen herum eine sauerstofffreie Mikroumgebung, in der die Hydrogenasen aktiv bleiben.
„Dies ist ein wichtiger Schritt hin zu einer nachhaltigen und skalierbaren biotechnologischen Wasserstoffproduktion", heißt es aus dem Forschungsteam.
Genetisch modifizierte Mutanten erhöhen Stabilität
Besonders gute Ergebnisse erzielte das Team mit genetisch modifizierten Cyanobakterien. Bei diesen Mutanten ist die Hydrogenase direkt an das Photosystem I der Photosynthese gekoppelt. Sie zeigten nach Angaben der Forschenden eine deutlich längere und stabilere Wasserstoffproduktion als Wildtyp-Zellen im Polymer.
Die Forschenden sehen Anwendungspotenzial in biophotovoltaischen Systemen, die Sonnenlicht direkt in Wasserstoff umwandeln. „Unser Ansatz kombiniert die Vorteile lebender Zellen – wie Selbstreparatur und Langlebigkeit – mit der Präzision elektrochemischer Syst
