Diese vergessene Technologie könnte das weltweite Palmölproblem lösen

Unsere Sucht nach dem Öl ist in allem zu finden, von Chips bis hin zu Zahnpasta, und zerstört Regenwälder. Aber ölige Mikroben könnten endlich eine nachhaltige Alternative bieten.

Palmöl ist das weltweit beliebteste Pflanzenöl und findet sich in der Hälfte aller Supermarktwaren und sieben von zehn Körperpflegeprodukten. Es verleiht Tortillachips ihre Knusprigkeit, Reinigungsmitteln ihre Reinigungskraft und Zahnpasta ihre Geschmeidigkeit. Es wird auch als Biokraftstoff verwendet. Seit 2016 ist der weltweite Palmölverbrauch um 73 Prozent gestiegen.

Doch Palmöl und der ungebrochene Appetit darauf sind problematisch. Die Abholzung von Wäldern, um Platz für Ölpalmenplantagen zu schaffen, ist ein wesentlicher Treiber der Entwaldung in den Tropen: Zwischen 1972 und 2015 verloren die beiden größten Palmöl produzierenden Länder der Welt, Indonesien und Malaysia, 16 Prozent bzw. 47 Prozent ihrer Wälder , zur Ernte. Die Entwaldung ist mit einer Vielzahl von Umweltproblemen verbunden, darunter unter anderem Klimawandel, Probleme mit der Bodenfruchtbarkeit und schlechte Wasserqualität. Auch die Artenvielfalt erleidet einen schweren Schlag: Studien gehen davon aus, dass die Säugetiervielfalt um bis zu 90 Prozent zurückgeht, wenn Wälder abgeholzt werden, um Ölpalmen anzupflanzen.

Möglicherweise zeichnet sich jedoch eine Alternative zu Palmöl ab, die ebenso vielfältig, aber nicht so belastend ist: Öl aus Mikroben.

Wissenschaftler begannen aus der Not heraus nach alternativen Quellen für die Gewinnung von Speiseöl zu suchen, sagt Philipp Arbter, Biotechnologe an der Technischen Universität Hamburg in Deutschland.

Als im Ersten Weltkrieg Butter und Schmalz knapp wurden, entdeckten deutsche Forscher, dass bestimmte Hefearten auch ölige Lipide produzierten. Die Behörden gründeten bald zwei Fabriken, die sich der Herstellung einer fettreichen Paste widmeten, die „beim Backen von Brot, in Teig statt in Fett; zum Bestreichen von Brot anstelle von Butter.“

Diese Bemühungen verschwanden, als der Krieg zu Ende war, als wieder ausreichend Pflanzen und Tiere zur Verfügung standen, sagt Arbter.

Aber das Interesse an mikrobiellen Ölen – solchen, die aus Hefe und anderen Mikroorganismen wie Algen hergestellt werden – hat in den letzten Jahren als umweltfreundlicher Ersatz für Palmöl, der lebensfähiger zu sein scheint als andere Pflanzenöle, eine Wiederbelebung erlebt.

„Die Technologie ist eigentlich sehr alt, hat sich aber nie wirklich in der Industrie etabliert, und ich habe mich immer gefragt, warum, denn sie hat großes Potenzial“, sagt Arbter. Er sagt beispielsweise, dass Mikroben in einem klimatisierten, kompakten Innenraum schnell gezüchtet werden können, um potenziell große Mengen Öl zu produzieren. Anfang des Jahres war er Mitbegründer von Colipi, einem von wenigen aufstrebenden Startups, die Mikroben züchten und optimieren, um eine synthetische Version von Palmöl herzustellen.

Als Öl ist Palmöl kaum zu übertreffen. Erstens handelt es sich um eine äußerst effiziente Pflanze – der Grund, warum es im Vergleich zu anderen Ölen so günstig ist. Ein Hektar Ölpalmen – die Bäume, aus denen die Früchte wachsen, aus denen Palmöl hergestellt wird – können jährlich mehr als 1,35 Tonnen Palmöl produzieren, mindestens sechsmal mehr als andere Speiseöle. Darüber hinaus gedeiht die Ölpalme das ganze Jahr über in den Tropen, wächst auf einer Vielzahl von Böden und ist mehrjährig (bis zu 25 Jahre haltbar), was sie „ertragreicher als einjährige Pflanzen wie Erdnüsse, Sojabohnen und andere ölproduzierende Pflanzen“ macht „, sagt der Naturschutzwissenschaftler Erik Meijaard, Co-Vorsitzender der IUCN Oil Crops Task Force.

Das Besondere an Palmöl ist auch, dass es zu etwa gleichen Teilen gesättigte und ungesättigte Fette enthält, was es chemisch äußerst stabil macht. Dadurch sind verpackte Lebensmittel lange haltbar.

Aufgrund dieser Eigenschaften ist die Suche nach einem geeigneten Ersatz so etwas wie ein heiliger Gral, obwohl mikrobielles Öl mit einem Lipidprofil ähnlich dem von Palmöl dieser Aufgabe möglicherweise gewachsen sein könnte.

Wissenschaftler haben bisher mehr als 40 Algen und 70 Hefestämme identifiziert, von denen bekannt ist, dass sie ölhaltig oder reich an Öl sind. Um dieses Öl im Labor zu ernten, werden die Mikroben zunächst gezüchtet, normalerweise in Agar-Petrischalen, bevor sie in Glaskolben oder Brühtanks aus Edelstahl überführt werden. Sie werden mit Sauerstoff und Zucker gefüttert – alles von Rohrzucker bis hin zu Melasse –, was die Fermentation in Gang setzt und die Zellvermehrung anregt. Wenn die Mikroben eine kritische Masse erreichen, was einige Tage dauert, werden sie geöffnet, um das darin enthaltene Öl freizusetzen.

Der schwierige Teil besteht darin, den Prozess zu optimieren, um das meiste Öl zu extrahieren.

Seraphim Papanikolaou von der Agraruniversität Athen, ein führendes Unternehmen auf dem Gebiet der Ölhefeforschung, sagt, dass es dafür viele bewegliche Faktoren gibt: Mikrobenstamm, Kulturtemperatur, Rührgeschwindigkeit, Belüftungsgrad, Art des Ausgangsmaterials und Häufigkeit der Fütterung und der Zelllysemethode, um nur einige zu nennen.

Wenn es richtig gemacht wird, können die Belohnungen groß sein. Papanikolaou hat zuvor Ölausbeuten von bis zu 83 Prozent oder 8,3 Gramm Öl pro 10 Gramm Hefe erzielt – das „beste, was in der Literatur berichtet wird“, sagt er. Generell sei es aber „nicht sehr schwierig, Mengen von 50 bis 55 Prozent zu bekommen.“

Diese potenziell hohen Erträge machen mikrobielles Öl als Palmöl-Alternative zum Teil so attraktiv.

Darüber hinaus versprechen mikrobielle Öle umweltfreundlicher zu sein als Palmöle. Mikroorganismen können unabhängig von klimatischen Bedingungen und ohne große Landflächen kultiviert werden, sagt der Lebensmittelwissenschaftler William Chen von der Nanyang Technological University in Singapur. „Im Grunde braucht man einen Bioreaktor … so einfach ist das“, sagt er.

Die Aufzucht von Mikroben, die sich von Abfallmaterial ernähren, könne die Nachhaltigkeit weiter steigern, sagt Chen. Sein Team erforscht beispielsweise, ob traditionelle Nährmedien für die Mikroalgenzucht durch Biertreber oder Sojarückstände ersetzt werden können. In ähnlicher Weise produzieren Forscher von NextVegOil in Deutschland Berichten zufolge Öl aus dem Pilz Ustilago maydis, der sich von Resten der Maisernte ernährt, während das Öl des niederländischen Startups NoPalm aus Hefe gewonnen wird, die Kartoffelschalen und aussortiertes Gemüse fermentiert.

Christopher Chuck, ein Chemieingenieur an der University of Bath in England, der fast ein Jahrzehnt lang an mikrobiellem Öl gearbeitet hat, sagt, dass sie „aus Sicht der Nachhaltigkeit und Effizienz die besten Ergebnisse“ erzielen, indem sie Lebensmittelabfälle wie Brotenden verwenden.

Einer der vielleicht größten Vorteile von mikrobiellem Öl besteht darin, dass die Organismen, die es produzieren, mithilfe der technischen und computergestützten Werkzeuge der synthetischen Biologie neu gestaltet werden können. Obwohl das Verhältnis von gesättigten zu ungesättigten Fetten nahe bei 50:50 gehalten werden muss, um die Eigenschaften von Palmöl nachzuahmen, haben Forscher die Freiheit, mit den Fettarten innerhalb jeder Kategorie zu experimentieren. Sie könnten beispielsweise die Cholesterin-induzierende Palmitinsäure durch eine relativ gesündere gesättigte Fettsäure wie Stearinsäure ersetzen und so ein begehrenswerteres Öl für den Verbrauchermarkt schaffen. Und zwar schneller, da alles innerhalb weniger Wochen im Labor geschieht.

Die meisten Start-ups mit mikrobiellem Öl streben an, ihre ersten Produkte eher im Schönheits- und Kosmetikbereich als im Lebensmittelbereich zu produzieren, da sie höhere Preise erzielen können und relativ weniger Vorschriften damit verbunden sind. Auf die Frage, ob das neue Öl mit den Palmölpreisen mithalten kann, insbesondere wenn es in Lebensmitteln verwendet wird, antwortet Chuck: „Wir sollten in unmittelbarer Nähe zum Speiseölmarkt sein“, solange die Produktion groß genug ist, um den Preis zu senken .

„Wir müssen alle herausfinden, wie wir die Technologie besser voranbringen können – schneller vom Labor in den Maßstab“, sagt Shara Ticku, CEO und Mitbegründerin von C16 Biosciences, einem von Bill Gates unterstützten Startup für mikrobielles Öl mit Sitz in New York, das bisher erfolgreich war kommt der Großserienproduktion am nächsten. C16 hat im November einen Meilenstein bei der Fermentation von 50.000 Litern erreicht und wird Anfang 2023 in den USA ein feuchtigkeitsspendendes Bioöl für Kosmetika auf den Markt bringen – eines der ersten Unternehmen, das ein mikrobielles Ölprodukt auf den Markt gebracht hat.

Der Vorstoß konnte nicht früh genug kommen; Bis 2050 soll sich die Palmölproduktion auf 240 Millionen Tonnen verdreifachen. Da die Weltbevölkerung in dieser Zeit voraussichtlich auf fast 10 Milliarden anwachsen wird und die Nachfrage nach Lipiden voraussichtlich um das Drei- bis Vierfache steigen wird, sagt Ticku über mikrobielle Öle: „Wir haben den Auftrag, sehr schnell voranzukommen, um diese Lösungen der Welt einzuführen.“ ”