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Eine Ölpalmenplantage dringt in einen Regenwald in West-Kalimantan, Indonesien, ein.Nanang Sujana/CIFOR

Diese Geschichte wurde ursprünglich von YaleE360 veröffentlicht und wird hier im Rahmen der Climate Desk-Zusammenarbeit reproduziert.

Tom Jeffries und Tom Kelleher lernten sich in den 1970er Jahren an der Rutgers University kennen, als sie industriell nützliche Mikroben untersuchten. Anschließend leitete Jeffries ein Hefe-Genomikprogramm beim US-Landwirtschaftsministerium; Kelleher war jahrzehntelang in der biomedizinischen Industrie tätig und arbeitete mit Biologika wie Insulin, die von gentechnisch veränderten Mikroben in riesigen Gärbottichen produziert werden. Im Jahr 2007 kamen die beiden wieder zusammen, um mit einem Zuschuss der National Science Foundation ein Unternehmen aufzubauen. Das in Wisconsin ansässige Startup mit dem Namen Xylome hatte sich zum Ziel gesetzt, bessere Methoden zur Herstellung von kohlenstoffarmem Kraftstoff zu finden, indem es landwirtschaftlichen Hefeabfällen zugeführt wird.

Doch es war ein Zufall, dass Jeffries und Kelleher ihre Bemühungen einige Jahre später einem anderen globalen Umweltproblem zuwandten: Palmöl.

Die Produktion von Palmöl, dem billigsten und am häufigsten verwendeten Pflanzenöl der Welt, ist einer der Hauptgründe für die Entwaldung und den Verlust der biologischen Vielfalt in den Tropen. Diese und andere Probleme der Palmölindustrie, wie zum Beispiel ausbeuterische Arbeitspraktiken, wecken seit Jahren das Interesse an nachhaltigeren Optionen. Es hat sich jedoch als schwierig erwiesen, gute Alternativen zu finden: Andere Pflanzenöle haben ähnliche Nachteile wie Palmöl und nachhaltige Forstwirtschaftspraktiken sind angesichts der steigenden Nachfrage nicht immer effektiv. Heute verbraucht die Welt jedes Jahr fast 70 Millionen Tonnen Palmöl, das in allem verwendet wird, von Zahnpasta und Hafermilch bis hin zu Biodiesel und Waschmitteln. Bis 2050 wird sich die Nachfrage voraussichtlich mehr als verdoppeln.

Doch angesichts der Fortschritte in der Biotechnik und zunehmender Bedenken hinsichtlich der Nachhaltigkeit haben eine Reihe von Unternehmen wie Xylome mikrobielle Öle entwickelt, die ihrer Meinung nach eine Alternative zu Palmöl darstellen und gleichzeitig dessen zerstörerischste Auswirkungen vermeiden könnten. Sie schließen sich zahlreichen anderen Unternehmen der synthetischen Biologie an – von Unternehmen, die neue Biokraftstoffe und Düngemittel bis hin zu im Labor gezüchtetem Fleisch vermarkten –, die Umweltprobleme lösen wollen, aber ähnliche Herausforderungen haben, indem sie die Produktion steigern und beweisen, dass ihr Ansatz tatsächlich nachhaltiger ist als das Problem, das sie versuchen lösen.

Letztes Jahr eröffnete ein Startup namens C16 Biosciences ein glänzendes neues Labor in Manhattan, um eine mikrobielle Palmölalternative zu entwickeln, unterstützt von 20 Millionen US-Dollar von Bill Gates‘ Klimalösungs-Investmentfonds Breakthrough Energy Ventures. Ein in Kalifornien ansässiges Startup namens Kiverdi arbeitet ebenfalls an der Herstellung von Hefeöl unter Verwendung von Kohlenstoff aus der Atmosphäre, und ein Team von Bioingenieuren an der University of Bath arbeitet daran, seinen eigenen Stamm öliger Hefe zu vergrößern. Xylome hat kürzlich die ersten Chargen seiner Palmölalternative namens „Yoil“ zur Prüfung an eine Reihe großer Palmöllieferanten und die FDA geschickt.

Obwohl es enorme Herausforderungen gibt, die Produktion zu Kosten zu steigern, die mit angebautem Palmöl konkurrieren können, und Fragen offen bleiben, wie sich eine aufstrebende Biotech-Industrie im globalen Norden auf die auf Palmöl basierenden Lebensgrundlagen im globalen Süden auswirken könnte, könnten diese mikrobiellen Öle zur Eindämmung beitragen das unaufhaltsame Wachstum der Ölpalme, das Gebiete mit biologischer Vielfalt entlang der Grenzen in Süd- und Südostasien, Afrika und Mittelamerika bedroht. Wenn Hefeöle einen Preis erzielen können, der niedrig genug ist, um mit den Bäumen zu konkurrieren (ein großes Wenn), „würde das einen großen Unterschied machen, woher Palmöl kommt“, sagte Kelleher, jetzt CEO von Xylome. „Zu diesem Zeitpunkt wäre alles mikrobiell.“

Der proprietäre Hefestamm von Xylomes, der palmölähnliches Öl produziert.

Xylome

Obwohl die Palmölproduktion laut einem Bericht der International Union for Conservation of Nature aus dem Jahr 2018 für weniger als 1 Prozent der weltweiten Entwaldung verantwortlich ist, ist sie eine der Hauptursachen für die Entwaldung in den Tropen. In Borneo beispielsweise war der Ölpalmenanbau in den letzten zwei Jahrzehnten für mehr als die Hälfte der gesamten Abholzung verantwortlich. Die zukünftige Nachfrage könnte zu noch mehr Entwaldung führen. Derselbe Bericht stellte fest, dass mehr als 1 Million Quadratmeilen Biodiversitäts-Hotspots durch den Ölpalmenanbau bedroht sein könnten, was möglicherweise mehr als 40 Prozent aller bedrohten Vogel-, Säugetier- und Amphibienarten betrifft, von Orang-Utans und Tigern bis hin zu Fliegenschnäppern und Elefanten. Diese Abholzung verursacht auch Treibhausgasemissionen, da kohlenstoffreicher Torf, der sich unter Urwäldern angesammelt hat, entwässert wird und Bäume verbrannt werden, um Land für die Bepflanzung freizumachen.

Angesichts dieser Auswirkungen haben Lieferanten – in Zusammenarbeit mit Organisationen wie dem Roundtable on Sustainable Palm Oil (RSPO), der seit 2007 Palmöl-Lieferketten zertifiziert – nach Möglichkeiten gesucht, die Aufsicht über die Palmölproduktion zu verbessern, um sicherzustellen, dass Pflanzen nicht auf Artenvielfalt oder Kohlenstoff angebaut werden -reiches Land. Während immer mehr Palmenbauern zertifiziert sind, weist der Ansatz Grenzen auf, sagte Janice Lee, eine Umweltwissenschaftlerin, die sich an der Nanyang Technological University in Singapur mit Palmöl befasst. Beispielsweise kann es schwierig sein, Kleinbauern zu zertifizieren, die in manchen Regionen zusammen den Großteil der Palmölproduktion ausmachen. „Die Zertifizierung ist kein Allheilmittel“, sagte sie. Etwa 20 Prozent der Palmölproduktion sind RSPO-zertifiziert.

Eine Alternative zu Palmöl zu finden, hat sich als noch schwieriger erwiesen. Andere tropische Öle – wie Kokosnussöl – haben geringere Erträge als Ölpalmen und hätten noch größere Auswirkungen, wenn sie im gleichen Maßstab angebaut würden. Andere nicht-tropische Öle – wie Soja- oder Maisöl – können außerhalb der artenreichen Tropen angebaut werden, erfordern jedoch eine zusätzliche Verarbeitung, um Palmöl in vielen Anwendungen zu ersetzen. Diese Verarbeitung ist teuer und führt zu Transfetten, die die FDA 2015 in den USA verboten hat.

Kelleher und Jeffries beschlossen, ihre Hefe als bessere Alternative zu vermarkten. Die Mikroben in ihrem Labor produzieren ein Öl mit einem Lipidprofil, das fast mit dem von Palmöl identisch ist. Die „Käfer“, wie sie die Hefe nennen, können auch mit Materialien gefüttert werden, die keiner tropischen Landwirtschaft bedürfen, etwa Mais oder Zuckerrohr, oder mit Abfallstoffen wie Maisschalen und Weizenstängeln, was die Produktionskosten erheblich senken könnte . Die mikrobiellen Öle könnten auch überall hergestellt werden, wodurch sich die Entfernung zwischen Fabrik und Verbraucher verringert.

Für eine Palmölplantage in Papua, Indonesien, wurde Wald abgeholzt.

Greenpeace

Die Herausforderung bestand darin, die Hefe dazu zu bringen, Öle in einem Umfang und zu einem Preis auszupressen, der mit der konventionellen Landwirtschaft mithalten kann – und zwar schnell genug, um die zerstörerische Entwicklung von Ölpalmen einzudämmen. Fortschritte in der Technologie könnten helfen. In seinem Labor in Manhattan optimiert C16 Biosciences die Bedingungen, um seine gentechnisch veränderten Hefestämme bei Laune zu halten. Christopher Chuck, Chemieingenieur im Team der University of Bath, arbeitet ebenfalls an produktiveren Hefestämmen, aber anstatt die Mikroben mit Werkzeugen zur Genbearbeitung zu modifizieren, verlässt sich sein Team auf einen Prozess der gerichteten Evolution. Dabei werden Hefekolonien einem Stressprogramm ausgesetzt, um sie dazu anzuregen, mehr Öl aus billigeren Rohstoffen zu produzieren. Chuck sagte, dieser Ansatz könne zu robusteren Mikroben führen; Es vermeidet auch die Vorschriften, die für gentechnisch veränderte Organismen gelten.

Xylome, das Patente auf Methoden zur genetischen Veränderung der Hefeart Lipomyces starkeyi besitzt, arbeitet daran, den Ertrag seines mit Maiszucker gefütterten Stamms zu steigern. Ein weiterer in der Entwicklung befindlicher Stamm kann Abfallprodukte aus der Ethanolproduktion zur Herstellung von Öl verwenden, das laut Kelleher letztendlich ein Öl zum halben Preis des aktuellen malaysischen Rohpalmöls produzieren könnte. Jahrzehntelange Forschung zur Verwendung solcher faseriger „Zellulose“-Rohstoffe für Biokraftstoffe hat gezeigt, dass dies ein schwer fassbares Ziel ist, aber Kelleher und Jeffries sind zuversichtlich, dass das Unternehmen diesen Ansatz umsetzen kann. „Die Zellulose wird sich irgendwann durchsetzen“, sagte Jeffries.

Jeffrey Linger, ein Bioingenieur am National Renewable Energy Laboratory, meinte, dass die Entwicklung solcher mikrobieller Ölalternativen weiter verfolgt werden sollte, obwohl er der Meinung ist, dass diese Unternehmen noch einen schwierigen Weg vor sich haben, um brauchbare Stämme zu entwickeln, die in großem Maßstab hergestellt werden können und Zellulose verwenden können Rohstoffe. „Es gibt so viele Knöpfe, an denen man drehen kann, deshalb möchte ich nicht sagen, dass es unmöglich ist“, sagte er. „Ich möchte auch nicht sagen, dass es einfach ist.“

Selbst bei verbesserten Stämmen gibt es Grenzen dafür, wie weit die Mikroben vordringen können. In einem „Grenzen-der-Wissenschaft“-Modell stellte sich Chucks Gruppe vor, wie mikrobielle Öle in Zukunft preislich mit Palmöl gleichziehen könnten. Sie fanden heraus, dass mikrobielle Öle selbst im Idealfall immer noch teurer wären als kultiviertes Palmöl, und dass im wahrscheinlicheren Best-Case-Szenario mikrobielle Öle etwa viermal teurer wären. „Ich weiß nicht, wer dafür bezahlen wird“, kommentierte Lee. Wenn jedoch zusammen mit dem Öl auch wertvollere Nebenprodukte wie Aminosäuren oder Proteine ​​hergestellt werden könnten, könnten mikrobielle Öle durchaus mit traditionellem Palmöl konkurrieren, sagte Chuck. Auch der Preis könnte weniger ins Gewicht fallen, wenn umweltbewusste Verbraucher bereit sind, höhere Preise für palmölfreie Produkte zu akzeptieren.

Um realisierbar zu sein, müssten mikrobielle Alternativen auch mit Regulierungsmaßnahmen einhergehen, die den Ausstieg aus nicht nachhaltig produziertem Palmöl vorsehen und den Erzeugerländern dabei helfen, ihre Wirtschaft zu diversifizieren, sagte Chuck. Auch Subventionen oder CO2-Steuern könnten die Aussichten für Hefeöle verbessern, da der CO2-Fußabdruck von mikrobiellen Ölen wahrscheinlich geringer ist als der von Palmöl, das auf abgeholzten Flächen angebaut wird. Die gesamten Lebenszyklusemissionen von Hefeölen wurden jedoch nicht im Detail untersucht.

Christopher Chuck, Chemieingenieur an der University of Bath, arbeitet an der Herstellung von Hefe, die aus günstigeren Rohstoffen mehr Öl erzeugen kann.

Universität Bath

„Wie stellen wir sicher, dass wir nicht eine schreckliche Sache durch eine andere ersetzen?“ sagte Chuck.

Und lange bevor mikrobielle Öle verfügbar gemacht werden könnten, sei eine nachhaltigere Forstwirtschaft erforderlich, um die unmittelbaren Auswirkungen der Palmölproduktion einzudämmen, schrieb Sara Cowling, eine Sprecherin des Roundtable on Sustainable Palm Oil, in einer E-Mail. „Unser Standpunkt bleibt, dass Palmöl nachhaltig produziert werden kann und sollte.“ Diana Chalil, Gründerin des Consortium Studies of Smallholder Palm Oil in Indonesien, fügte hinzu, dass künftige Abholzung auch dadurch verhindert werden könne, dass Kleinbauern dabei unterstützt würden, den Ertrag ihrer bestehenden Ölpalmenernte zu steigern.

Tatsächlich gibt es bei 70 Millionen Tonnen Öl, die jedes Jahr gefördert werden, Raum für mehr als eine Lösung. Mikrobielle Öle müssten nicht die gesamte oder auch nur einen Großteil der traditionellen Palmölproduktion ersetzen, um erhebliche Vorteile für die Umwelt zu haben, sagte Chuck. Sie müssten lediglich das Wachstum der Branche bremsen und könnten damit beginnen, Palmöl in teureren Produkten wie Kosmetika zu ersetzen, eine Strategie, die Unternehmen wie C16 Biosciences und Xylome verfolgen.

„Ich glaube nicht, dass wir das, was sie heute produzieren, überhaupt stören werden“, sagte Kelleher. „Wir stellen wirklich eine Alternative für das Wachstum der Branche dar.“

Es könnte der Beginn einer nicht ganz so kosmetischen Veränderung sein.