q&more
Meine Merkliste
my.chemie.de  
Login  

News

Effiziente Produktion von Wasserstoff durch Algen

© MPI CEC / RUB

Elektronentransfer in der Alge C. reinhardtii, der zur Produktion von Wasserstoff oder anderer Stoffe führt. Hase = Hydrogenase.

20.08.2014: Mikroalgen brauchen für die Produktion von Wasserstoff lediglich Licht und Wasser. Die Effizienz der Mikroalgen für die Wasserstoffproduktion ist allerdings gering und muss noch um 1-2 Größenordnungen gesteigert werden bevor ein biotechnologisches Verfahren interessant werden könnte. Wissenschaftler der AG Photobiotechnologie an der Ruhr Universität Bochum und der Mülheimer Max-Planck-Institute zeigen jetzt in der aktuellen Ausgabe von Energy and Environmental Science wie eine Effizienzsteigerung erreicht werden kann.

Mikroalgen nutzen Lichtenergie, um durch Photosynthese Wasser zu oxidieren. Das kleine eisenhaltige Protein PETF transportiert dabei entstandene Elektronen vor allem an die Ferredoxin-NADP+-Oxidoreduktase (FNR), was schließlich zur Erzeugung von Kohlenhydraten aus CO2 führt. Zu den vielen weiteren Prozessen, für die PETF die Elektronen liefert gehört auch die Wasserstoffproduktion durch Hydrogenasen. Diese Proteine sind sehr leistungsfähige Enzyme, die ein einzigartiges aktives Zentrum mit sechs Eisenatomen enthalten, an dem Elektronen (e-) auf Protonen (H+) übertragen werden und schließlich molekularer Wasserstoff entsteht (H2).

Mit Hilfe der kernmagnetischen Resonanzspektroskopie (NMR) untersuchten die Wissenschaftler welche Aminosäuren von PETF mit der Hydrogenase und welche mit der FNR interagieren. Dabei zeigte sich, dass nur zwei Aminosäuren von PETF mit negativ geladenen Seitenketten für die Bindung der FNR wichtig sind. Die gezielte genetische Veränderung genau dieser beiden Reste zu Aminosäuren mit ungeladener Seitenkette führte zu einer erhöhten Produktion von Wasserstoff. Zusammen mit FNR mit variierten Aminosäuren stieg die Menge an erzeugtem Wasserstoff um den Faktor fünf.

Die wissensbasierte Veränderung der Elektronentransferwege hat das Potential weitere Steigerungen der Wasserstoffproduktion zu ermöglichen. Durch Kombination verschiedener Modifikationen kann in Zukunft wahrscheinlich die notwendige Effizienz für eine wettbewerbsfähige, biologische Wasserstofferzeugung erreicht werden. Damit haben die Ergebnisse eine große Bedeutung auf dem Weg hin zu einer umweltfreundlichen, regenerativen Energieerzeugung, die keine teuren und seltenen Edelmetalle benötigt.

Originalveröffentlichung:
Sigrun Rumpel et al.; Enhancing hydrogen production of microalgae by redirecting electrons from photosystem I to hydrogenase; Energy Environ. Sci., 2014, Advance Article

Fakten, Hintergründe, Dossiers

Mehr über Max-Planck-Institut für chemische Energiekonversion

  • News

    Zwischenstufe im Katalysezyklus des Photosystem II identifiziert

    Die aktuellsten Forschungsergebnisse von Wissenschaftlern des MPI CEC, die die Wasseroxidationsreaktion erforschen, wurden als Cover-Artikel für die erste Ausgabe des Fachjournals Chemical Science im Jahr 2016 ausgewählt. Mit Hilfe theoretischer Chemie und Spektroskopie konnten Forscher in ... mehr

    Ein Schutzschirm gegen Sauerstoff

    Bei der Entwicklung von Brennstoffzellen setzten Generationen von Wissenschaftlern und Ingenieuren auf Katalysatoren auf Edelmetallbasis. Sie sind zwar effizient und stabil, aber leider auch teuer und nur in geringen Mengen verfügbar. Wissenschaftler des Zentrums für Elektrochemie – CES an ... mehr

Mehr über Max-Planck-Gesellschaft

  • News

    Zellulärer Stromausfall

    Ein gemeinsames Merkmal neurodegenerativer Erkrankungen sind Proteinablagerungen in den Nervenzellen. Wie Wissenschaftler jetzt berichten, produzieren auch gesunde Zellen kontinuierlich verklumpungsanfällige Proteine. Grund dafür sind reaktive Sauerstoffspezies, die bei der zellulären Energ ... mehr

    Steife Fasern aus Schleim gesponnen

    Die Natur ist immer wieder ein guter Lehrmeister – auch für Materialwissenschaftler. An Stummelfüßern haben Wissenschaftler nun einen bemerkenswerten Mechanismus beobachtet, durch den sich Polymermaterialien bilden. Um Beute zu fangen, schießen die wurmartigen Kleintiere mit einem klebrigen ... mehr

    Protein-Atlas für längeres Leben

    Im Alter lassen viele Prozesse in den Zellen nach und das Risiko an altersbedingten Krankheiten wie Alzheimer, Parkinson oder Diabetes zu erkranken steigt dramatisch. Aber wirkt sich das Altern auf alle Organe und Gewebe gleichermaßen aus? Und sollten Medikamente, welche die Gesundheit im A ... mehr

Mehr über Ruhr-Universität Bochum

  • News

    Antidepressivum könnte gegen Multiple Sklerose helfen

    Das Antidepressivum Clomipramin könnte auch gegen die Symptome der Multiplen Sklerose (MS) helfen, speziell gegen die progrediente Form, die ohne Schübe verläuft. Gegen diesen MS-Typ gibt es bislang kaum Medikamente. Wissenschaftler um Prof. Dr. V. Wee Yong von der University of Calgary und ... mehr

    Lösungsprozess Schritt für Schritt verfolgt

    Zahlreiche chemische und industrielle Prozesse finden in Lösung statt. Aber die genauen Wechselwirkungen zwischen Lösungsmittel und gelöstem Stoff sind bislang nicht verstanden. Wie sich einzelne Wassermoleküle an ein organisches Molekül anlagern, haben Chemiker der Ruhr-Universität Bochum ... mehr

    Wasserstoffproduktion: Proteinumfeld macht Katalysator effizient

    Biokatalysatoren sind große Proteinmoleküle. Die eigentliche Reaktion findet dabei nur an einem kleinen Herzstück statt. Der Rest spielt aber auch eine Rolle. Das Zusammenspiel von Proteinhülle und aktivem Zentrum in Wasserstoff produzierenden Enzymen ist entscheidend für die Effizienz der ... mehr

  • q&more Artikel

    Vibrationsspektroskopie - Labelfreies Imaging

    Spektroskopische Methoden erlauben heute mit bisher unerreichter räumlicher und zeitlicher Auflösung tiefe Einblicke in die Funktionsweise biologischer Systeme. Neben der bereits sehr gut etablierten Fluoreszenzspektroskopie wird in den letzten Jahren das große Potenzial der labelfreien Vib ... mehr

  • Autoren

    Prof. Dr. Klaus Gerwert

    Jg. 1956, studierte Physik in Münster und promovierte 1985 in biophysikalischer Chemie in Freiburg. Nach Stationen am Max-Planck-Institut für Molekulare Physiologie in Dortmund und am Scripps Research Institute in La Jolla, USA erhielt er 1993 einen Ruf auf die C4-Professur für Biophysik ... mehr

q&more – die Networking-Platform für exzellente Qualität in Labor und Prozess

q&more verfolgt den Anspruch, aktuelle Forschung und innovative Lösungen sichtbar zu machen und den Wissensaustausch zu unterstützen. Im Fokus des breiten Themenspektrums stehen höchste Qualitätsansprüche in einem hochinnovativen Branchenumfeld. Als moderne Wissensplattform bietet q&more den Akteuren im Markt einzigartige Networking-Möglichkeiten. International renommierte Autoren repräsentieren den aktuellen Wissenstand. Die Originalbeiträge werden attraktiv in einem anspruchsvollen Umfeld präsentiert und deutsch und englisch publiziert. Die Inhalte zeigen neue Konzepte und unkonventionelle Lösungsansätze auf.

> mehr zu q&more

q&more wird unterstützt von:



Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.