Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Am weitesten verbreitet in Mikroorganismen ist die alkoholische Garung. Hier ist die eukaryontische Backhefe der bekannteste und am haufigsten genutzte Orga — nismus. Aber auch Bakterien konnen zur alkoholischen Garung genutzt werden. Am bekanntesten ist hierbei das Bakterium Zymomonas mobilis, welches ursprunglich aus vergorenem Agavensaft, der fur die Herstellung von Tequila ge­nutzt wird, isoliert wurde. Dieses Bakterium stellt eine Alternative zur Hefe dar, da es sich durch eine hohere Alkoholtoleranz von fast 20 % (Hefe etwa 12 %), besse — re Zuckeraufnahmesysteme, geringere Biomassebildung, schnellere Produktionsra — ten und einer Ethanolausbeute von 97 % des theoretisch Moglichen (Hefe 90 bis 92 %) auszeichnet. Limitierungen beim Einsatz des Bakteriums liegen in der be — grenzten Stoffwechselkapazitat, die nur eine Vergarung von Glucose, Fructose und Saccharose zulasst. Pentosen (C5-Zucker) wie Xylose konnen hingegen nicht bzw. nur durch genetisch manipulierte Stamme verwertet werden. Da Hefen jedoch die wesentlich robusteren und leichter zu kultivierenden Organismen sind, werden sie nach wie vor noch bevorzugt in der (Bio-)Ethanol-Produktion eingesetzt.

Bei der Ethanol-Garung handelt es sich meist um einen fakultativen Prozess (d. h. in Gegenwart von Sauerstoff schalten die meisten Organismen auf Atmung um, da sie hieraus einen wesentlich hoheren Energiegewinn erzielen). Jedoch wer­den aufgrund von Regulationsmechanismen von Enzymen der Glycolyse die Um — satzraten der Glucose in Abhangigkeit von Atmung oder Garung stark unterschied — lich gesteuert. Dieses als Pasteur-Effekt bekannte Phanomen bewirkt, dass in Ab- wesenheit von Sauerstoff wesentlich mehr Glucose umgesetzt wird, wohingegen in Anwesenheit von Sauerstoff der Glucoseumsatz gedrosselt wird. Dadurch wird der geringere Energieumsatz wahrend der Garung etwas ausgeglichen. Zudem kann eine zu hohe Glucose-Konzentration unter aeroben Bedingungen ebenfalls zu einer Verminderung der Atmungsrate und einem Einsetzen der Garung fuhren. Ab einer Konzentration von etwa 1 g/l sind die Atmungskapazitaten der Hefe ausgeschopft und es kommt zur Ethanolbildung, um das gebildete Pyruvat zu verstoffwechseln, wodurch gleichzeitig die Wachstumsrate gehemmt wird. Dies wird als Crabtree- Effekt bezeichnet.

Die Verstoffwechselung der Glucose verlauft uber die Glycolyse genau wie bei der Atmung bis hin zum Pyruvat, so dass aus einem C6-Zucker zwei C3-Korper entstehen. Im Verlauf dessen werden 2 ATP durch Substrat-Ketten-Phosphory- lierung gewonnen, der einzige Energiegewinn der Garung. Bei Zymomonas mobi­lis, der einen alternativen Stoffwechselweg bis zum Pyruvat nutzt, ist es sogar nur ein ATP. Vom Verzweigungspunkt Pyruvat sind es bis zum Endprodukt Ethanol im Verlauf der alkoholischen Garung nur noch zwei Reaktionen. Zunachst wird durch die Pyruvat-Decarboxylase, einen Multienzymkomplex, CO2 abgespalten und Acetaldehyd gebildet, das im letzten Schritt durch die Alkohol-Dehydrogenase zu Ethanol reduziert wird. Hierbei wird gleichzeitig das im Verlauf der Glycolyse gebildete NADH oxidiert und somit die Redoxbilanz der Garung ausgeglichen (Abb. 14.2).

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