Methan gilt als Klimaproblem – Bakterien machen daraus Treibstoff, Futter und Bioplastik
Statt Methan nur zu stoppen, setzen Forschende auf biologische Umwandlung. Dabei entstehen verwertbare Stoffe statt Emissionen.
In Kläranlagen entsteht Methan bei der Zersetzung organischer Abfälle, doch spezialisierte Bakterien können das Gas dort gezielt abbauen und Emissionen verringern. © Unsplash
Methan zählt zu den größten Klimaproblemen weltweit. Das Gas entweicht aus Ställen, Deponien, Bergwerken und Kläranlagen oft unbemerkt. Über einen Zeitraum von 100 Jahren wirkt Methan rund 28-mal stärker auf die Erderwärmung als Kohlendioxid. Bisher galt Methan vor allem als Risiko, das möglichst schnell eingefangen oder verbrannt werden muss. Doch eine Auswertung aktueller Forschungsergebnisse öffnet eine neue Perspektive: Bestimmte Bakterien können Methan nicht nur abbauen, sondern auch nutzbar machen.
Diese Mikroorganismen leben genau dort, wo Methan entsteht. In Reisfeldern, Feuchtgebieten, Seen, Waldböden oder in der Nähe von Deponien nutzen sie das Gas als Energiequelle. Für sie ist Methan kein Abfall, sondern Nahrung. Forschende versuchen nun, diese natürliche Fähigkeit gezielt einzusetzen, um Emissionen zu senken und zugleich wertvolle Produkte herzustellen.
Bakterien zerlegen Methan Schritt für Schritt
„Methanotrophe sind keine Kuriosität der Umweltmikrobiologie mehr, sondern ein strategisches biologisches Werkzeug für eine kohlenstoffarme Zukunft“, sagt Hauptautor Jingrui Deng. Diese methanotrophen Bakterien zerlegen Methan in mehreren Schritten. Zunächst entsteht Methanol, danach weitere Zwischenprodukte, am Ende bleibt Kohlendioxid. Der gesamte Prozess läuft bei normalen Temperaturen und benötigt wenig Energie. Das unterscheidet ihn deutlich von technischen Verfahren, die oft hohe Temperaturen brauchen und zusätzliche Emissionen verursachen.
Inzwischen werden solche biologischen Lösungen bereits praktisch erprobt. Auf Deponien kommen spezielle Abdeckungen zum Einsatz, in denen Bakterien das austretende Methan abbauen. In Biogasanlagen reinigen Biofilter die Abluft. Im Bergbau senken feine Wassernebel mit methanabbauenden Mikroben die Methankonzentration in der Luft und reduzieren so das Explosionsrisiko. Auch Kläranlagen profitieren. Dort entfernen die Organismen gelöstes Methan und gleichzeitig Stickstoffverbindungen aus dem Abwasser.
Bakterien liefern Rohstoffe für Industrie und Landwirtschaft
Der eigentliche Mehrwert entsteht bei der Weiterverarbeitung. Je nach Bedingungen lässt sich der Stoffwechsel der Bakterien steuern. So entstehen Produkte, die im Alltag genutzt werden können:
- Methanol als Grundstoff für Treibstoffe und die chemische Industrie
- Mikrobielles Eiweiß als Tierfutter mit wichtigen Aminosäuren
- Biologisch abbaubare Kunststoffe, die Erdöl ersetzen können
Besonders interessant ist die Kunststoffherstellung. Einige Bakterien speichern Kohlenstoff als Polymer in ihrem Inneren. Unter kontrollierten Bedingungen kann dieser Anteil mehr als die Hälfte der Zellmasse ausmachen. Das entstehende Material ähnelt herkömmlichem Plastik, baut sich aber deutlich schneller ab.
Um die Ausbeute zu erhöhen, werden die Mikroben auf Trägermaterialien angesiedelt, etwa auf Kokosfasern oder speziellen Harzen. Solche Systeme steigern die Produktmengen deutlich. Auch Mischkulturen sind wichtig. Dabei arbeiten mehrere Bakterienarten gemeinsam in einem System. Einige Mikroben zerlegen Methan zuerst in Zwischenstoffe wie Methanol. Andere Bakterien nutzen diese Stoffe sofort weiter. So sammeln sich keine Nebenprodukte an, die den Prozess bremsen oder die beteiligten Mikroben schädigen würden. Das Zusammenspiel erhöht die Effizienz und macht die biologische Umwandlung stabiler.
Die Auswahl der Bakterien ist entscheidend
Ganz ohne Nebenwirkungen funktioniert der Ansatz nicht. Beim Abbau von Methan kann Lachgas entstehen, ein weiteres starkes Treibhausgas, rund 300-mal schädlicher als CO₂. Ursache ist die Konkurrenz verschiedener Mikroben um bestimmte Metalle. Deshalb kommt es auf die richtige Auswahl der beteiligten Bakterien an.
Einige neu entdeckte Stämme umgehen dieses Problem. Sie wandeln Stickstoffverbindungen vollständig in harmlosen Stickstoff um. Deng erklärt: „Zukünftige Systeme müssen so gestaltet sein, dass wir Methan und Lachgas gleichzeitig reduzieren, statt ein Problem gegen ein anderes auszutauschen.“
Welche Stoffe am Ende entstehen, hängt von vielen Faktoren ab. Sauerstoffgehalt, Nährstoffe und Temperatur steuern den Weg des Kohlenstoffs:
- Die Gaszusammensetzung entscheidet über das Endprodukt
- Nährstoffmangel begünstigt die Kunststoffbildung
- Ausreichender Stickstoff fördert die Eiweißproduktion
„Methanotrophe stehen an der Schnittstelle von Klimaschutz, Abfallmanagement und grüner Industrie“, so Seniorautor Qigui Niu. Mit gezielter biologischer Steuerung lässt sich ein Klimaproblem direkt dort entschärfen, wo es entsteht und gleichzeitig in eine nutzbare Ressource verwandeln.
Kurz zusammengefasst:
- Methan aus Ställen, Deponien und Kläranlagen wirkt stark auf das Klima, lässt sich aber mit speziellen Bakterien biologisch abbauen und zugleich verwerten.
- Diese methanotrophen Bakterien nutzen Methan als Energiequelle und wandeln es unter bestimmten Bedingungen in Methanol, Eiweiß für Tierfutter oder biologisch abbaubaren Kunststoff um.
- Der Nutzen hängt von der richtigen Steuerung ab, denn nur passende Bakterienkombinationen senken Treibhausgase wirksam, ohne neue klimaschädliche Nebenprodukte zu erzeugen.
Übrigens: Tief im Schwarzen Meer entsteht zwar viel Lachgas, doch winzige Mikroben bauen das starke Treibhausgas fast ebenso schnell wieder ab. Wie dieses fragile Gleichgewicht das Klima schützt und warum es kippen könnte – mehr dazu in unserem Artikel.
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