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Lexikon der Chemie: mikrobielle Wasserstoffbildung

mikrobielle Wasserstoffbildung, die Bildung von Wasserstoff durch Mikroorganismen. Die m. W., an der die Hydrogenase beteiligt ist, kann auf drei Wegen erfolgen: 1) Anaerobe fermentative W.: Hierbei dienen organische Stoffe (insbesondere Kohlenhydrate) als Kohlenstoffquelle (vor allem durch saccharolytische Clostridien). Neben Wasserstoff werden zahlreiche Nebenprodukte (u. a. Essig-, Butter- und Propionsäure, Aceton, Butanol) gebildet. 2) Anaerobe phototrophe W.: Organische Substrate oder reduzierte Schwefelverbindungen werden als Elektronendonoren und Licht als Energiequelle von den Phototrophen Bakterien verwertet. 3) Aerobe phototrophe W. (photobiologische Erzeugung von Wasserstoff): Insbesondere Cyanobakterien und Grünalgen sind zur Spaltung von Wasser in H2 und 1/2 O2 (Biophotolyse) befähigt. Da nur Wasser und Licht benötigt werden, erscheint die aerobe phototrophe W. für potentielle Anwendungen zur Zeit am aussichtsreichsten.

Außer mit intakten Zellen ist eine m. W. auch in zellfreien und immobilisierten Systemen möglich. Letztere bestehen z. B. aus Chloroplasten, Elektronencarrier (z. B. Ferredoxin) und der Hydrogenase. Bei diesen Systemen werden die in intakten Zellen ablaufenden Nebenreaktionen vermieden. Jedoch treten verschiedene Limitationen auf (z. B. O2-Empfindlichkeit der Chloroplasten und Hydrogenase, Hemmung des photosynthetischen Elektronentransports durch Licht, Autoxidation der reduzierten Elektronencarrier durch den bei der Biophotolyse produzierten Sauerstoff, Reversibilität der Wasserstoffbildungsreaktion).

Eine kontinuierliche Bildung von Wasserstoff aus Glucose unter anaeroben Bedingungen nach Einschluß von Clostridium butyricum in Polyacrylamidgel ist möglich. Besonders Cyanobakterien besitzen gegenüber Chloroplasten Vorteile. Ihre Enzyme und Photosysteme sind im allgemeinen stabiler. Dazu kommt, daß Cyanobakterien eine Nitrogenase zur N2-Fixierung besitzen. Von Nachteil sind die als Permeabilitätsbarriere wirkende Zellwand bzw. die Membranen.

Eine wirtschaftliche m. W. ist derzeit jedoch noch nicht in Sicht.

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