Malatdehydrogenase (ME) verbindet Pyruvat und Kohlendioxid (CO2) zu L-Malat, das durch Fumarase (FUM) in Fumarat umgewandelt werden kann. Das Fumarat kann als Ausgangsstoff für biologisch abbaubare Kunststoffe wie Polybutylensuccinat verwendet werden, die normalerweise aus Erdöl hergestellt werden, und bindet gleichzeitig CO2.

Technologie bindet CO₂-Emissionen

Publiziert

Von der natürlichen Photosynthese lernen: Umwandlung von CO₂ in Rohstoffe für Kunststoffe

In Pflanzen bindet die natürliche Photosynthese Kohlendioxid (CO2) an organische Verbindungen, die dann in Glucose oder Stärke umgewandelt werden. Diese nützlichen Moleküle speichern den Kohlenstoff in fester Form und können abgeschieden werden. Die künstliche Photosynthese ahmt diesen Prozess nach, indem sie das Treibhausgas CO– die Hauptursache des Klimawandels – reduziert und in andere nützliche Stoffe umwandelt.

Forschern der Osaka Metropolitan University ist es gelungen, mithilfe künstlicher Photosynthese aus Pyruvat und CO2 Fumarat zu erzeugen. Das Fumarat kann zur Herstellung von biologisch abbaubarem Kunststoff wie Polybutylensuccinat verwendet werden, wobei der Kohlenstoff in einer kompakten, dauerhaften und festen Form gespeichert wird. Derzeit wird der grösste Teil des Fumarats, das zur Herstellung dieses Kunststoffs verwendet wird, aus Erdöl gewonnen, so dass die Herstellung von Fumarat aus CO2 und aus Biomasse gewonnenem Pyruvat sehr wünschenswert ist.

Professor Yutaka Amao vom Research Center for Artificial Photosynthesis und Mika Takeuchi, Doktorand an der Osaka Metropolitan University Graduate School of Science, verwendeten den Biokatalysator Malat-Dehydrogenase (Oxalacetat-Decarboxylierung), um CO2 mit aus Biomasse gewonnenem Pyruvat zu verbinden und L-Äpfelsäure herzustellen. Anschliessend wurde der Biokatalysator Fumarase verwendet, um die L-Äpfelsäure zu dehydrieren und Fumarat zu synthetisieren.

„Die Biokatalysatoren wurden verwendet, um CO2 in einen Rohstoff für Kunststoff umzuwandeln. Auf der Grundlage unserer Ergebnisse werden wir weiterhin bessere CO2-Umwandlungssysteme mit einer noch geringeren Umweltbelastung konstruieren; wir streben eine effizientere Umwandlung von CO2 in nützliche Stoffe unter Verwendung von Lichtenergie an“, sagte Prof. Amao.

Auf Basis dieses Erfolgs forscht das Team bereits an neuen Methoden der künstlichen Photosynthese, um Fumarat mit Hilfe von Licht als Energie zu produzieren. Wenn diese Technologie realisiert werden kann, entsteht ein neues künstliches Photosynthesesystem, mit dem aus CO2 nützliche Makromoleküle synthetisiert werden können.

Literatur

  • Mika Takeuchi and Yutaka Amao; Biocatalytic fumarate synthesis from pyruvate and CO2 as a feedstock; Reaction Chemistry & Engineering; 2022

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