Die Herausforderung, die wachsende Weltbevölkerung zu ernähren, erfordert innovative Lösungen in der Landwirtschaft und Nahrungsmittelproduktion. Eine vielversprechende Entwicklung in diesem Bereich ist die biotechnologische Herstellung von Proteinen und Vitaminen, die ohne traditionelle Viehhaltung und Landwirtschaft auskommt. Ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Professor Lars Angenent an der Eberhard Karls Universität Tübingen hat ein zweistufiges Verfahren entwickelt, das Mikroben nutzt, um wertvolle Nährstoffe aus einfachen chemischen Rohstoffen wie Wasser, Kohlendioxid und Wasserstoff zu erzeugen.
Die Technologien, die unter den Begriffen „Power-to-Protein“ und „Power-to-Vitamin“ zusammengefasst werden, ermöglichen es Mikroben, essentielle Nährstoffe für den menschlichen Verzehr herzustellen. Professor Angenent und sein Team haben dieses Verfahren im Labor optimiert und nun auf seine wirtschaftliche und technische Umsetzbarkeit im industriellen Maßstab geprüft. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Produktionsanlage, die in der Lage ist, 5,6 Millionen Menschen mit der täglichen empfohlenen Dosis Vitamin B9 (Folsäure) zu versorgen und gleichzeitig zur Proteinzufuhr beizutragen, sich bereits nach fünf Jahren amortisieren könnte.
Die konventionelle Landwirtschaft steht vor enormen Herausforderungen, insbesondere durch die wachsende Bevölkerung und die negativen Auswirkungen des Klimawandels. Die Viehhaltung ist nicht nur ressourcenintensiv, sondern trägt auch erheblich zur Umweltverschmutzung bei. Laut Schätzungen der Vereinten Nationen waren im Jahr 2023 etwa 733 Millionen Menschen, was mehr als neun Prozent der globalen Bevölkerung entspricht, von Unterernährung betroffen. Professor Angenent betont die Dringlichkeit, diese Entwicklungen zu adressieren, insbesondere in ärmeren Ländern, wo der Proteinbedarf nicht gedeckt werden kann.
Ein entscheidender Faktor für die Wirtschaftlichkeit der biotechnologischen Produktion ist der Strompreis. Die Anlagen benötigen Energie, um Bioreaktoren zu betreiben, in denen die Mikroben unter kontrollierten Bedingungen arbeiten. Im ersten Schritt des zweistufigen Verfahrens wandelt das Bakterium Thermoanaerobacter kivui Kohlendioxid mithilfe von Wasserstoff und ohne Sauerstoff in Acetat um. Interessanterweise stellt dieses Bakterium auch die benötigte Folsäure selbst her. Im zweiten Schritt wird das Acetat von der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae in Proteine umgewandelt. Diese Hefe kann direkt als Nahrungsmittel verwendet werden, da sie reich an Proteinen und Folsäure ist.
Das biotechnologische Forschungsteam hat eine Produktionsanlage mit einem Volumen von 1.750 Kubikmetern konzipiert, die jährlich 12,9 Kilotonnen Hefe produzieren könnte. Diese Menge würde ausreichend sein, um 5,6 Millionen Menschen mit der empfohlenen Tagesdosis an Folsäure und einem Teil ihres Proteinbedarfs zu versorgen. Bei einem Verkaufspreis von 20 US-Dollar pro Kilogramm Hefe würde sich die Anlage innerhalb von fünf Jahren amortisieren. Unter optimalen Bedingungen könnte der Mindestverkaufspreis auf 4,53 US-Dollar pro Kilogramm gesenkt werden, was die Wettbewerbsfähigkeit der Produkte auf dem Markt weiter steigern würde.
Jedoch gibt es auch Herausforderungen, die angegangen werden müssen. Wenn die Hefe zur Deckung des gesamten Proteinbedarfs gereinigt werden muss, steigt der Mindestverkaufspreis auf etwa 14,24 US-Dollar pro Kilogramm, was eine längere Amortisationszeit zur Folge hätte. Dennoch zeigen die Untersuchungen, dass die Hochskalierung des Verfahrens auf industrielle Maßstäbe bisher ohne technische Probleme verlief. Die Produkte könnten preislich mit anderen Proteinquellen wie pflanzlichen Produkten oder Molke konkurrieren.
Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass die biotechnologischen Verfahren zur Herstellung von Proteinen und Vitaminen nicht nur technisch machbar sind, sondern auch ein großes wirtschaftliches Potenzial bieten. Sie könnten dazu beitragen, den CO2-Fußabdruck der Lebensmittelproduktion im Vergleich zu traditionellen Methoden signifikant zu reduzieren. Professor Angenent und sein Team betonen die Notwendigkeit, die elektrochemischen Prozesse zur Wasserstoffproduktion weiter zu optimieren, um die Effizienz der Verfahren zu steigern. Dies könnte einen bedeutenden Fortschritt in der nachhaltigen Nahrungsmittelproduktion darstellen und zur Verbesserung der globalen Ernährungssituation beitragen.
