Der weltweite Bedarf an Nahrungsmitteln könnte nach Prognosen der Vereinten Nationen bis zum Jahr 2050 um rund 60 Prozent steigen. Gleichzeitig stehen voraussichtlich nur etwa zwei Prozent zusätzliche Agrarflächen zur Verfügung. Forschende suchen deshalb nach neuen Wegen, um die Ernährungssicherheit insbesondere in Bezug auf Proteine zu gewährleisten.
Warum Proteinbausteine wichtig sind
Ein Forschungsteam um Vivian Pascal Willers von der Technischen Universität München hat nun untersucht, wie sich Aminosäuren mithilfe von Solarstrom herstellen lassen. Aminosäuren sind die chemischen Bausteine von Proteinen und spielen sowohl in der menschlichen Ernährung als auch in der Tierhaltung eine wichtige Rolle. „Eine Milchkuh braucht weit mehr als das Gras auf ihrer Weide. Für hohe Milchleistungen werden zusätzliche Proteine benötigt, die heute meist über Futtermittel bereitgestellt werden. Diese werden mit Aminosäuren angereichert, den chemischen Bausteinen, aus denen Proteine aufgebaut sind“, erklärt Willers‘ Kollegin Vikoria Lehmann.
Auch in anderen Bereichen der Tierhaltung werden weltweit Millionen Tonnen Aminosäuren als Futtermittelzusätze eingesetzt. Deren Herstellung beansprucht jedoch große Flächen, Wasser und weitere Ressourcen. „Wir haben nach einem Weg gesucht, diesen Proteinbedarf ressourcenschonender decken zu können“, berichtet Lehmann. „Pflanzen nutzen Sonnenlicht zur Bildung von Biomasse. Sie sind dabei aber nicht sehr effektiv. Wir untersuchen einen alternativen Weg, bei dem erneuerbare Energie zunächst in chemische Energieträger und anschließend in wertvolle Proteinbausteine überführt wird“, erklärt Seniorautor Volker Sieber von der TU München.
So entstehen Aminosäuren aus Sonnenlicht
Um die Aminosäuren möglichst nachhaltig herzustellen, erzeugte das Forschungsteam zunächst Solarstrom mithilfe von Photovoltaik. Diesen Strom nutzten sie dann, um durch Elektrolyse Wasser zu spalten und so Wasserstoff zu gewinnen, den sie mit Kohlendioxid zu Methanol reagieren ließen. Dieser Alkohol dient in der Industrie häufig als chemischer Ausgangsstoff. Mithilfe von speziellen Enzymen können aus dem Methanol auch Aminosäuren synthetisiert werden.
Welche Aminosäure gebildet wird, hängt davon ab, welche Enzyme eingesetzt werden. Willers und ihre Kollegen hatten bereits 2023 gezeigt, dass die Aminosäure L-Alanin enzymatisch aus grünem Methanol hergestellt werden kann. In der aktuellen Arbeit gelang dem Forschungsteam nun die Produktion von sechs weiteren Aminosäuren. Das Verfahren funktioniert wie ein Baukastensystem. „Was zunächst mit einer einzelnen Aminosäure begann, entwickelt sich zunehmend zu einer Plattformtechnologie für die Herstellung von Proteinbausteinen aus erneuerbarer Energie“, erklärt Willers.
Neue Perspektiven für nachhaltige Futtermittel
Künftig könnten mit diesem Verfahren erzeugte Aminosäuren dabei helfen, den Bedarf an proteinreichen, aber nicht immer nachhaltig produzierten Futtermitteln wie Soja zu reduzieren. Sie sind auch zentrale Bestandteile von Nährmedien, die für die Herstellung von kultiviertem Fleisch benötigt werden. Somit könnte das Verfahren auch außerhalb der klassischen Landwirtschaft eingesetzt werden.
„Unsere Arbeit ist vor allem ein technologischer Machbarkeitsnachweis“, sagt Sieber. „Wir zeigen, dass sich eine ganze Reihe biologisch relevanter Aminosäuren aus CO₂-basiertem Methanol herstellen lässt. Das eröffnet neue Perspektiven für die nachhaltige Produktion von Proteinbausteinen.“ Langfristig könnte das Verfahren dazu beitragen, Flächen ertragreicher zu nutzen. Bislang ist es allerdings noch nicht wirtschaftlich, weil die produzierbare Menge an Aminosäuren zu gering ist. Die Forschenden arbeiten deshalb daran, die Enzyme leistungsfähiger zu machen.
Quelle: Technische Universität München. Fachartikel: Nature Communications, doi: 10.1038/s41467-026-74522-x
