Künstliche Kohlenhydrate für eine nachhaltige Nahrungsmittelproduktion

Heidelberger Wissenschaftler führen Modellrechnungen zu synthetischer Zuckerherstellung durch.

Welche Alternativen zur konventionellen Landwirtschaft existieren, um Kohlenhydrate für Lebens- und Futtermittel zu produzieren? Wissenschaftler der Universität Heidelberg haben Modellrechnungen zur künstlichen Herstellung von Zucker und darauf aufbauend einer Synthese von anderen Kohlenhydraten wie Stärke durchgeführt. Sie gehen dabei der Frage nach, ob ein Teil des menschlichen Kalorienbedarfs aus daraus hergestellten Lebensmitteln umweltschonend gedeckt werden könnte.

Mit ihrer Studie, in der sie unter Berücksichtigung heute bereits verfügbarer Technologien Berechnungen zu Energieaufwand, Flächenaufwand und Kosten vornehmen, möchten Prof. Dr. Ulrich Platt und Dr. Florian Dinger vom Institut für Umweltphysik der Ruperto Carola das Forschungsinteresse und das Bewusstsein für diese technologischen Möglichkeiten wecken.

„Die konventionelle Landwirtschaft befindet sich in einer Sackgasse. Sie kann trotz aller Erfolge nicht ohne große Umweltbelastungen wie Land- und Wasserverbrauch, der Anwendung von Pestiziden sowie dem Einsatz großer Mengen von künstlichem Dünger betrieben werden“, betont Prof. Platt. Einen Ausweg sehen die Wissenschaftler in der Herstellung von künstlichen Kohlenhydraten aus atmosphärischem Kohlendioxid und Wasser unter Zuhilfenahme von erneuerbaren Energien wie etwa der Photovoltaik. „Alle dazu erforderlichen Technologien sind entweder kommerziell verfügbar oder im Falle des Zuckers zumindest im Labormaßstab entwickelt. Allerdings wurde bisher noch keine gezielte Forschung in Richtung einer Kohlenhydratsynthese im industriellen Maßstab durchgeführt, da bislang die biogene Kohlenhydratproduktion wirtschaftlich wettbewerbsfähiger war. Ab wann synthetischer Zucker wettbewerbsfähig wäre, hängt vor allem von der prognostizierten Kostensenkung bei der Wasserstoffherstellung durch Elektrolyse ab“, erläutert Dr. Dinger.

Die Wettbewerbsfähigkeit von synthetischem Zucker ist allerdings nicht allein von den sinkenden Synthesekosten abhängig, sondern auch das Ergebnis einer Abschätzung der „wahren Kosten“ der konventionellen Landwirtschaft, so die Heidelberger Wissenschaftler. Unter Berücksichtigung der ökologischen und sozioökonomischen Schäden gehen sie davon aus, dass die Kosten der biogenen Zuckerproduktion mindestens das Dreifache des heute gehandelten Preises betragen. „Ein wesentlicher Kostentreiber ist dabei der enorme Wasserverbrauch der konventionellen Landwirtschaft. Da in vielen halbtrockenen Regionen wie beispielsweise Kalifornien und Indien die Grundwasserreservoire zur Neige gehen, kann die Landwirtschaft dort vermutlich langfristig nur mit deutlich teurerem Wasser aus Meerentsalzungsanlagen betrieben werden“, so Ulrich Platt.

In synthetischen Produkten sehen die Forscher das Potential, einen großen Teil des menschlichen Kalorienbedarfs zu decken. Darüber hinaus könnten sie als Nahrung für Mikroorganismen, Pilze oder Nutztiere verwendet werden, um die Nachhaltigkeit der verbleibenden biogenen Produktion von Fetten und Proteinen zu verbessern.

Langfristig schlagen die Heidelberger Forscher für eine sichere und nachhaltige Ernährung eine Aufgabenteilung zwischen synthetischer und biogener Nahrungsmittelproduktion vor. Sie gehen davon aus, dass die Erzeugung künstlicher Kohlenhydrate im industriellen Maßstab deutlich weniger Fläche, Wasser und Energie verbraucht. Langfristig halten es die Wissenschaftler für denkbar, die Zuckerproduktion vollständig auf eine künstliche Herstellung umzustellen. „Sofern technisch realisierbar, sollten auch alle verarbeiteten Lebensmittel wie zum Beispiel Brot und Nudeln teilweise aus synthetisierter Stärke und synthetisierten Fetten hergestellt werden. Die herkömmliche Landwirtschaft würde weiterhin Obst, Gemüse und Fleisch produzieren“, sagt Prof. Platt.

Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Frontiers in Sustainable Food Systems“ veröffentlicht.

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Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Ulrich Platt
Institut für Umweltphysik
Tel. 49 6221 54-6339
ulrich.platt@iup.uni-heidelberg.de

Originalpublikation:
F. Dinger & U. Platt (2020): Towards an artificial carbohydrates supply on Earth. Front. Sustain. Food Syst. 4, Article 90; https://doi.org/10.3389/fsufs.2020.00090

Weitere Informationen

Quelle: Marietta Fuhrmann-Koch Kommunikation und Marketing
Universität Heidelberg

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