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In der Ethanol-Produktion kann Mais bislang nur teilweise verarbeitet werden – Zellulose-Bestandteile wie Blätter oder Stängel landen zumeist im Ausschuss. Mariam Sticklen, Professorin für Getreide- und Bodenwissenschaften an der Michigan State University, hat nun eine gentechnisch veränderte Pflanze entwickelt, die Enzyme produziert, die aus der Zellulose Zucker machen, der sich dann ebenfalls zu Ethanol fermentieren lässt. Solcher Mais könnte die Biotreibstoff-Produktion deutlich verbilligen, da nicht mehr nur die Körner verarbeitet würden.
Zellulosehaltiges Ausgangsmaterialien wie Biomasseabfälle oder das in den USA vielfach vorkommende Switchgrass könnten das Ethanol-Geschäft kräftig ankurbeln. Allerdings ist die Zerlegung der Zellulose als komplexes Kohlenhydrat ein aufwändiger Prozess. Stärke aus Maiskörnern ist wesentlich leichter zu verarbeiten, während man hier Enzyme aus genetisch veränderten Mikroorganismen benötigt.
Sticklen hat mit ihrem Team deshalb nun Maispflanzen so verändert, dass sie entsprechende Enzyme selbst in sich tragen. Damit lassen sich laut der Forscherin bis zu 30 bis 50 US-Cent pro Gallone Ethanol einsparen.
Wichtigster Durchbruch bei Sticklens Arbeit ist die Tatsache, dass die im Mais integrierten Enzyme die Zellulose erst dann zersetzen, wenn die Pflanze geerntet wurde. Der verwendete genetische Baustein stammt von Bakterien, die in heißen Quellen leben. Ihre Enzyme werden nur aktiv, wenn hohe Temperaturen herrschen – in diesem Fall rund 50 Grad. Die Mais-Zellulose wird also erst dann zersetzt, wenn sie erhitzt wird.
Lee Lynd, Professor für Ingenieurwissenschaften und Biologie am Dartmouth College, sieht in Sticklens Studie einen von mehreren interessanten Ansätzen, die größten Probleme beim Aufbau einer Biotreibstoff-Industrie auf Basis von Zellulose-Biomasse aus dem Weg zu räumen: "Das ist das zentrale Problem: Die Widerspenstigkeit dieses Ausgangsmaterials." Allerdings brächten solche gentechnisch veränderten Pflanzen ihre eigenen Probleme mit sich.
Eines davon sind mögliche negative Umwelteffekte, wie James McMillan vom National Renewable Energy Laboratory in Colorado meint: "Würde man die Pflanzen auf dem Feld stehen lassen, könnte es passieren, dass sich ganze Ökosysteme verändern. Zucker stünde Mikroorganismen plötzlich leichter zur Verfügung."
Sollten diese Bedenken ausgeräumt werden können, dürfte Sticklens Methode aber tatsächlich zu einer deutlich effizienteren Ethanol-Produktion führen. Auch die Maiskörner selbst würden künftig besser genutzt: Einer ihrer Hauptbestandteile ist ebenfalls Zellulose, die in konventionellen Ethanol-Fabriken zu Ausschuss wird. Aktuell denken Betreiber darüber nach, dieses zusätzliche Reservoir mit entsprechenden Enzym-Konvertierungsanlagen anzuzapfen. Der gentechnisch veränderte Mais, den Sticklen geschaffen hat, könnte hingegen direkt verarbeitet werden, weil die enthaltenen Enzyme die Zellulose von sich aus zu Zucker umwandeln.
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