Eine Palmölplantage greift in einen Regenwald in West-Kalimantan, Indonesien, ein.Nanang Sujana/CIFOR
Diese Geschichte wurde ursprünglich veröffentlicht von YaleE360 und wird hier als Teil der Klimaschreibtisch Zusammenarbeit.
Tom Jeffries und Tom Kelleher lernte sich in den 1970er Jahren an der Rutgers University kennen, als er industriell nützliche Mikroben studierte. Jeffries leitete anschließend ein Hefegenomikprogramm beim US-Landwirtschaftsministerium; Kelleher war jahrzehntelang in der biomedizinischen Industrie tätig und arbeitete mit Biologika wie Insulin, die von genetisch veränderten Mikroben in riesigen, fermentierenden Bottichen hergestellt werden. Im Jahr 2007 schlossen sich die beiden wieder zusammen, um mit einem Stipendium der National Science Foundation ein Unternehmen aufzubauen. Das in Wisconsin ansässige Startup namens Xylome wollte bessere Methoden zur Herstellung von kohlenstoffarmen Kraftstoffen durch die Verfütterung von landwirtschaftlichen Hefeabfällen finden.
Doch es war ein Zufall, dass Jeffries und Kelleher ihre Bemühungen ein paar Jahre später einem anderen globalen Umweltproblem zuwandten: Palmöl.
Die Palmölproduktion ist das billigste und am häufigsten verwendete Pflanzenöl der Welt und eine der Hauptursachen für die Entwaldung und den Verlust der biologischen Vielfalt in den Tropen. Diese und andere Probleme der Palmölindustrie, wie ausbeuterische Arbeitspraktiken, haben seit Jahren das Interesse an nachhaltigeren Optionen geweckt. Doch gute Alternativen haben sich als schwierig erwiesen: Andere Pflanzenöle haben ähnliche Nachteile wie Palmöl, und eine nachhaltige Forstwirtschaft ist angesichts der steigenden Nachfrage nicht immer zielführend. Heute verbraucht die Welt jedes Jahr fast 70 Millionen Tonnen Palmöl, das für alles verwendet wird, von Zahnpasta und Hafermilch bis hin zu Biodiesel und Waschmitteln. Bis 2050 soll sich die Nachfrage mehr als verdoppeln.
Aber mit Fortschritten in der Biotechnologie und zunehmenden Bedenken hinsichtlich der Nachhaltigkeit haben eine Reihe von Unternehmen wie Xylome mikrobielle Öle entwickelt, von denen sie sagen, dass sie eine Alternative zu Palmöl bieten könnten, während sie dessen zerstörerische Auswirkungen vermeiden. Sie schließen sich zahlreichen anderen Unternehmen der synthetischen Biologie an – von Unternehmen, die neue Biokraftstoffe und Düngemittel bis hin zu im Labor gezüchtetem Fleisch anbieten –, die nach der Lösung von Umweltproblemen streben, aber ähnliche Herausforderungen teilen, die Produktion steigern und zeigen, dass ihr Ansatz tatsächlich nachhaltiger ist als das Problem, das sie versuchen lösen.
Im vergangenen Jahr eröffnete ein Startup namens C16 Biosciences ein glänzendes neues Labor in Manhattan, um eine mikrobielle Palmölalternative zu entwickeln, die mit 20 Millionen US-Dollar aus dem Investmentfonds Breakthrough Energy Ventures für Klimalösungen von Bill Gates unterstützt wird. Ein kalifornisches 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 Hefen zu vergrößern. Xylome hat vor kurzem die ersten Chargen seiner Palmölalternative namens „Yoil“ an eine Reihe großer Palmöllieferanten und die FDA zum Testen geschickt.
Obwohl es enorme Herausforderungen gibt, die Produktion zu einem Preis zu steigern, der mit kultiviertem Palmöl konkurrieren kann, und es bleiben Fragen, wie sich eine aufstrebende Biotech-Industrie im globalen Norden auf die Lebensgrundlagen auf Palmölbasis im globalen Süden auswirken könnte, könnten diese mikrobiellen Öle dazu beitragen, die das unaufhörliche Wachstum von Ölpalmen, das die biologischen Vielfalt der Gebiete 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 das Palmöl kommt“, sagte Kelleher, jetzt CEO von Xylome. “Zu diesem Zeitpunkt wäre alles mikrobiell.”
Obwohl die Palmölproduktion für weniger als 1 Prozent der weltweiten Entwaldung verantwortlich ist, ist sie laut einem Bericht der International Union for Conservation of Nature aus dem Jahr 2018 eine der Hauptursachen für die Entwaldung in den Tropen. In Borneo beispielsweise war der Ölpalmenanbau für mehr als die Hälfte der gesamten Entwaldung der letzten zwei Jahrzehnte verantwortlich. Die zukünftige Nachfrage könnte zu noch mehr Entwaldung beitragen. Derselbe Bericht stellte fest, dass mehr als 1 Million Quadratmeilen Biodiversitäts-Hotspots durch den Anbau von Ölpalmen bedroht sein könnten, von denen möglicherweise mehr als 40 Prozent aller bedrohten Vogel-, Säugetier- und Amphibienarten betroffen sind, von Orang-Utans und Tigern bis hin zu Fliegenschnäppern und Elefanten. Diese Abholzung verursacht auch Treibhausgasemissionen, da kohlenstoffreicher Torf, der sich unter Urwäldern aufgebaut hat, entwässert und Bäume verbrannt werden, um Land für die Anpflanzung freizugeben.
In Anerkennung dieser Auswirkungen haben Lieferanten – die über Organisationen wie den Roundtable on Sustainable Palm Oil (RSPO) arbeiten, der seit 2007 Palmöl-Lieferketten zertifiziert – nach Wegen gesucht, die Aufsicht über die Palmölproduktion zu verbessern, um sicherzustellen, dass Pflanzen nicht auf biologischer Vielfalt oder Kohlenstoff angebaut werden -reiches Land. Obwohl eine wachsende Zahl von Palmzüchtern zertifiziert ist, hat der Ansatz Grenzen, sagte Janice Lee, eine Umweltwissenschaftlerin, die Palmöl an der Nanyang Technological University in Singapur studiert. So kann es beispielsweise schwierig sein, Kleinbauern zu zertifizieren, die in einigen Regionen zusammen den Großteil der Palmölproduktion repräsentieren. „Zertifizierung ist kein Allheilmittel“, sagte sie. Etwa 20 Prozent der Palmölproduktion sind vom RSPO zertifiziert.
Als noch schwieriger hat sich die Suche nach einer Alternative zu Palmöl erwiesen. Andere tropische Öle – wie Kokosöl – haben niedrigere Erträge als Ölpalmen und hätten noch größere Auswirkungen, wenn sie in der gleichen Größenordnung 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 produziert Transfette, 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 identisch mit Palmöl ist. Die „Bugs“, wie sie sich auf die Hefe beziehen, können auch mit Materialien gefüttert werden, die keine tropische Landwirtschaft benötigen, wie Mais oder Zuckerrohr, oder Abfallstoffen wie Maisschalen und Weizenstängeln, was die Produktionskosten erheblich senken könnte . Die mikrobiellen Öle könnten auch überall hergestellt werden, was die Distanz zwischen Fabrik und Verbraucher verringert.
Wald für eine Palmölplantage in Papua, Indonesien gerodet.
Greenpeace
Die Herausforderung bestand darin, die Hefe dazu zu bringen, Öle in einer Größenordnung und zu einem Preis zu entsaften, die mit der konventionellen Landwirtschaft konkurrieren kann – und dies schnell genug, um die destruktive 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 glücklich zu machen. Christopher Chuck, ein Chemieingenieur im Team der University of Bath, arbeitet ebenfalls an produktiveren Hefestämmen, aber anstatt die Mikroben mit Gen-Editing-Tools zu modifizieren, verlässt sich sein Team auf einen Prozess der gerichteten Evolution. Dies beinhaltet, dass Hefekolonien einem Stressregime ausgesetzt werden, um sie anzuregen, mehr Öl aus billigeren Rohstoffen zu produzieren. Chuck sagte, dass dieser Ansatz zu robusteren Mikroben führen kann; es vermeidet auch die Vorschriften, die gentechnisch veränderte Organismen regeln.
Xylome, das Patente für Methoden zur genetischen Veränderung der Hefespezies besitzt Lipomyces starkeyi, arbeitet daran, den Ertrag seiner mit Maiszucker gefütterten Sorte zu steigern. Ein weiterer in der Entwicklung befindlicher Stamm kann mit Abfallprodukten aus der Ethanolproduktion gefüttert werden, um Öl zu produzieren, von dem Kelleher behauptet, dass es schließlich ein Öl zum halben Preis von rohem malaysischem Palmöl produzieren könnte. Jahrzehntelange Forschungen zur Verwendung solcher faseriger, „zellulosehaltiger“ Rohstoffe für Biokraftstoffe haben 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, kommentierte, dass die Entwicklung solcher mikrobiellen Ölalternativen es wert ist, weiter verfolgt zu werden, obwohl er der Meinung ist, dass diese Unternehmen einen schwierigen Weg vor sich haben, um brauchbare Sorten zu entwickeln, die in großem Maßstab hergestellt werden können und Cellulose verwenden können Rohstoffe. „Es gibt so viele Knöpfe, die man drehen kann, also möchte ich nicht sagen, dass es unmöglich ist“, sagte er. „Ich möchte auch nicht sagen, dass es einfach ist.“
Auch bei verbesserten Stämmen sind den Mikroben Grenzen gesetzt. In einem Modell der „Grenzen der Wissenschaft“ stellte sich Chucks Gruppe einen Weg vor, wie mikrobielle Öle in Zukunft die Preisparität mit Palmöl erreichen könnten. Sie fanden heraus, dass mikrobielle Öle selbst in einem idealen Szenario immer noch teurer wären als kultiviertes Palmöl, und dass mikrobielle Öle im besten Fall wahrscheinlich etwa viermal teurer sind. „Ich weiß nicht, wer das bezahlen wird“, kommentierte Lee. Wenn jedoch mit dem Öl wertvollere Nebenprodukte wie Aminosäuren oder Proteine hergestellt werden könnten, könnten mikrobielle Öle plausibel 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 lebensfähig zu sein, müssten mikrobielle Alternativen auch durch eine Regulierungspolitik ergänzt werden, die nicht nachhaltig produziertes Palmöl abschafft und den Produktionsländern hilft, 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 entwaldeten Flächen angebaut wird. Die Emissionen von Hefeölen über den gesamten Lebenszyklus wurden jedoch nicht im Detail untersucht.
Christopher Chuck, ein Chemieingenieur an der University of Bath, arbeitet an der Herstellung von Hefe, die in der Lage ist, aus billigeren Rohstoffen mehr Öl zu gewinnen.
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, erfordert die Eindämmung der unmittelbaren Auswirkungen der Palmölproduktion eine nachhaltigere Forstwirtschaft, schrieb Sara Cowling, eine Sprecherin des Runden Tisches für nachhaltiges Palmöl, in einer E-Mail. „Unsere Haltung bleibt, dass Palmöl kann und sollen nachhaltig produziert werden.“ Diana Chalil, Gründerin des Consortium Studies of Smallholder Palm Oil in Indonesien, fügte hinzu, dass die zukünftige Entwaldung auch dadurch verhindert werden könnte, dass Kleinbauern dabei geholfen wird, 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 sogar den größten Teil der traditionellen Palmölproduktion ersetzen, um erhebliche Umweltvorteile zu erzielen, sagte Chuck. Sie müssten nur das Wachstum der Branche dämpfen und könnten damit beginnen, Palmöl in teureren Produkten wie Kosmetika zu ersetzen, was die Strategie von Unternehmen wie C16 Biosciences und Xylome ist.
„Ich glaube nicht, dass wir das, was sie heute produzieren, 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.