Ein innovativer Ansatz in der chemischen Industrie könnte die Art und Weise revolutionieren, wie wertvolle Stoffe erzeugt werden. Ein neu entwickelter grauer Knopf aus Nickelschaum, belebt mit speziellen Enzymen, zeigt vielversprechende Perspektiven für eine nachhaltige und kostengünstige Produktion. Diese spannende Entwicklung stammt von einem Forschungsteam rund um Anna Ngo an der Ruhr-Universität Bochum, das gerade an einer elektrokatalytischen Zelle arbeitet. In dieser Zelle wird der Knopf als Anode eingesetzt, um elektrochemische Prozesse mit biokatalytischen Reaktionen zu koppeln, was als kombinierte Bio-Elektrokatalyse bezeichnet wird.
Was macht diesen Knopf so besonders? Der Nickelschaum bietet eine dreidimensionale Struktur mit hoher Porosität und herausragender elektrischer Leitfähigkeit. Diese Eigenschaften machen ihn zum idealen Elektrodensubstrat für diverse Anwendungen in der Elektrokatalyse. Kindle Tech hebt hervor, dass Nickelschaum über 95 % Leerraum verfügt, was den Ionentransport in Batterien und Superkondensatoren verbessert. Diese schwammartige Struktur ermöglicht zudem einen äußerst effizienten elektrischen Pfad, was für die laufenden chemischen Reaktionen von Bedeutung ist.
Ein erster wichtiger Schritt in den Tests dieser Technologie ist die Verwendung des Enzyms Format-Dehydrogenase, das Elektronen aus dem Ausgangsstoff Format entnimmt und dabei CO2 produziert. Um diese Reaktionen effektiv zu führen, wird das Cosubstrat NAD+ benötigt, welches für etwa 20 US-Dollar pro Gramm erhältlich ist, während sein regeneriertes Produkt NADH bereits doppelt so teuer ist. Durch die Modifikation der Enzyme plant das Team, die Effizienz weiter zu steigern, indem verschiedene Cosubstrate wie NADP+ in Betracht gezogen werden.
Nachhaltige chemische Prozesse im Fokus
Ein weiterer Aspekt dieser Forschung ist der Fokus auf die Umweltfreundlichkeit. Elektrochemische Prozesse erfordern oft umweltschädliche Stoffe und hohe Temperaturen. Indem biologische Komponenten in die Reaktionen integriert werden, können diese negativen Effekte weitestgehend vermieden werden. Die Forschungsteam hat bereits spezifische Bedingungen wie Temperatur, pH-Wert und elektrische Spannung optimiert, um die Stabilität der Enzyme zu gewährleisten. Diese modulare und flexible Herangehensweise erlaubt zudem die Nutzung von Abfallprodukten, wie etwa Molke, zur Gewinnung wertvoller Stoffe.
Die chemische Industrie steht zurzeit vor den Herausforderungen steigender Umweltauflagen und dem Bedarf, Produktionsprozesse effizienter zu gestalten. Das Fraunhofer IGB unterstützt in diesem Kontext neue Entwicklungen und Verfahren, die nicht nur auf erneuerbare Rohstoffe setzen, sondern auch eine kreislaufbasierte Wirtschaftsweise fördern. Innovative Ansätze, die auf biotechnologischen Prozessen basieren, sind dafür entscheidend, um nachhaltige Lösungen zu finden Fraunhofer IGB.
Aktuell haben die Wissenschaftler bereits zwei Reaktionszyklen erfolgreich getestet und planen, diese Tests auf bis zu zehn Zyklen auszudehnen. Diese Erkenntnisse sind nicht nur ein Schritt in Richtung Effizienz und Nachhaltigkeit, sie zeigen auch, wie innovative Technologien einen wertvollen Beitrag zur Lösung globaler Herausforderungen leisten können. Die Forschung erhält ihre Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Schwerpunktprogramms „eBiotech“, das seit Mitte 2024 läuft und bis 2027 fortgesetzt wird.
Die Zukunft der chemischen Industrie könnte vielversprechend sein – wenn es uns gelingt, den elektronischen "Raub" für einen guten Zweck zu nutzen.