Jugend forscht für die Bioökonomie

Nachwuchsforscher Christoph Griehl (links) erhält von Halles Oberbürgermeister Dr. Bernd Wiegand (Mitte) und Prof. Dr. Matthias Petzold vom Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik Halle den Regionalpreis für “Jugend forscht” sowie den Sonderpreis des Oberbürgermeisters und des Fraunhofer IWM. Foto: Thomas Ziegler, Stadt Halle

Der Magen der Kuh als Bioreaktor, Kunststoffe aus Lignocellulose – Christoph Griehl aus Halle/Saale ist im Rahmen des bundesweiten Nachwuchswettbewerbs „Jugend forscht“ den chemischen Bestandteilen nachwachsender Rohstoffe auf der Spur. Bereits seit mehreren Jahren tut er dies mit Erfolg: 2011 gewann der heute 17-jährige Schüler des Georg-Cantor-Gymnasiums mit „Energie aus dem Kaninchenstall“ den Bundesumweltpreis, 2013 gab es bei „Jugend forscht“ den Sonderpreis in der Kategorie „Nachwachsende Rohstoffe“, 2014 belegte er beim selben Wettbewerb nach einem 1. Platz auf Landesebene im Bundesvergleich den 4. Platz im Fachgebiet Chemie. 2015 ist er nach der Preisverleihung im Regionalwettbewerb am 19.02.2015 erneut auf dem Weg zum Landesfinale, das Ende März in Magdeburg stattfindet. Vorab gab es für seine Arbeit zum Thema „Rohstoffe gestalten durch Spalten – Untersuchungen zum Lignocellulose-Abbau“ schon einmal den Sonderpreis des Oberbürgermeisters der Stadt Halle und des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik. Mit dem Nachwuchsforscher, der die Bioökonomie zu seinem Forschungsfeld erklärt hat, sprach Henning Mertens vom BioEconomy Cluster:

Christoph, womit beschäftigen Sie sich in Ihrem aktuellen Projekt und wieviel Bioökonomie steckt darin?

Ich arbeite derzeit an der Gewinnung von Zucker und chemischen Grundstoffen aus Lignocellulose. Dazu nutze ich verschiedene Aufschlusstechniken auf chemischer, physikalischer und auch biologischer Basis. Mein Ziel ist es, herauszufinden, mit welchen Methoden sich maximale Erträge z.B. zur Gewinnung von Basischemikalien für Biokunststoffe erzielen lassen. Dazu setze ich verschiedene Säuren und Laugen ein, ändere aber auch Druck und Temperatur und variiere die Zugabe von Wasser. Bei den biologischen Techniken kommen Enzyme und Mikroorganismen zum Einsatz. Hier kann ich auf meinen Forschungsergebnissen aus dem vorigen Jahr aufbauen, bei denen ich den Saft aus dem Pansen der Kuh zur Herstellung von Biokraftstoffen aus Stroh eingesetzt habe. Für die Bioökonomie ist es nicht nur wichtig, zu zeigen, dass solche Prozesse funktionieren, sondern es besteht heute die Herausforderung auch darin, die Kosten und die möglichen Erträge aus dem zur Verfügung stehenden Material zu betrachten. Dazu möchte ich mit meiner Forschungsarbeit beitragen.

Vor vier Jahren experimentierten Sie erfolgreich mit der Umwandlung der Hinterlassenschaften von Kaninchen zu Biogas – wie ist das Stroh in den Fokus Ihrer Arbeit gerückt?

Ich hatte in der Zeitschrift „Spektrum der Wissenschaft“ einen Artikel über Lignocellulose gelesen. Anders als z.B. Energiemais steht diese nicht in direkter Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion. Gerade Stroh, das zu einem hohen Anteil aus Lignocellulose besteht, bietet die Möglichkeit, aus Reststoffen der Nahrungsmittelproduktion wertvolle Rohstoffe zu gewinnen. Dazu gibt es natürlich schon zahlreiche Forschungsarbeiten. In der Literatur konnte ich aber keine eindeutigen Ergebnisse aus nachvollziehbaren Vergleichsversuchen finden. Das machte mich neugierig.

Was waren die besonderen Herausforderungen bei Ihrer Arbeit mit Stroh?

Lignocellulose ist als Gerüstsubstanz ein sehr stabiles Ausgangsmaterial. Diesen Polymerverbund zu spalten, um die monomeren Bausteine Glucose, Xylose sowie verschiedene Phenole zu gewinnen, stellt das Grundproblem dar. Nachdem ich mit dem Pansensaft erfolgreich Biokraftstoffe herstellen konnte, wollte ich nun effiziente Methoden ausprobieren, um auch die Ausgangsprodukte für die stoffliche Nutzung, z.B. in Form von Biokunststoffen zu gewinnen. Dabei gibt es eine Vielzahl von Variationen, die immer wieder zu unterschiedlichen Produkten und Ergebnissen führen. So ließ sich mittels heißen Wassers Xylose gewinnen, für die Basischemikalie Lävulinsäure setzte ich Schwefelsäure ein. Enzyme halfen wiederum bei der Gewinnung von Glucosehydrolysat. Druck und Temperatur beeinflussten die Prozessergebnisse erheblich.

Den Forschern in der Industrie und in den wissenschaftlichen Instituten stehen dafür jede Menge Apparaturen und Instrumente zur Verfügung. Auf welche Möglichkeiten können Sie sich als Schüler bei Ihren Experimenten stützen?

Ich erfahre sehr viel Unterstützung durch die Schule und meine Familie. Unsere Lehrer animieren uns zum wissenschaftlichen Arbeiten. Aber auch von wissenschaftlichen Institutionen in unserer Region, wie z.B. der Hochschule Anhalt, werde ich großartig unterstützt. Weiterhin habe ich mir ein Gerät zur Hochdruck-Flüssigkeitschromatografie gebaut, mit dem ich die Abbauprodukte aus den Versuchen quantitativ analysieren konnte. Auch den Versuchsaufbau einer Bioraffinerie habe ich mir vorgenommen.

Ein zweiter Platz im Schülerwettbewerb der Siemens-Stiftung2014 hat Ihnen ein Stipendium für ein Studium beschert. Wie nehmen Sie und Ihre Altersgenossen den Zukunftssektor Bioökonomie wahr, welche Zukunftschancen sehen Sie vielleicht auch für Ihre eigene berufliche Zukunft?

Über das allgemeine Medienumfeld und die Berichte über knappe fossile Ressourcen sind wir als Schüler bereits für Themen wie Nachhaltigkeit und Bioökonomie sensibilisiert. Biomasse ist der Rohstoff des 21. Jahrhunderts für die Chemie. Es wird weltweit viel in Projekte mit nachwachsenden Rohstoffen investiert, auch wenn wir noch keinen echten Durchbruch erlebt haben. Nach meinem Abitur möchte ich sehr gerne in diesem Bereich weitermachen. Wir haben an den Hochschulen in Sachsen-Anhalt die besten Voraussetzungen dafür. Aber ich habe mich da noch nicht festgelegt und freue mich, dass insbesondere die Fächer Biotechnologie und Biochemie bundesweit auf einem hohen Niveau angeboten werden.

Sie sprachen vom Durchbruch einer neuen Technologie – welche würden Sie denn am liebsten sehen?

Die künstliche Photosynthese, das wäre toll.

Christoph Griehl, vielen Dank für das Gespräch und viel Erfolg im weiteren Wettbewerb „Jugend forscht 2015“.