Ein neues Mitglied am CC4E: Interview mit Prof. Dr. Christian Kaiser

Willkommen am CC4E, Herr Kaiser! Mit weiteren Kolleg*innen des CC4E haben Sie bereits an einer Projektskizze zur nachhaltigen Verwertung von Mikroalgen mitgewirkt. Worauf freuen Sie sich bei der künftigen Mitgliedschaft besonders?

Ich habe seit meinem Beginn an der HAW Hamburg im Wesentlichen in der Lehre der Studiengänge Biotechnologie (Bachelor) und Pharmaceutical Biotechnology (Master) gearbeitet. Das Aufrechterhalten der Lehre, insbesondere in der praktischen Ausbildung in meinen Laboren, während der Corona-Zeit aber auch die Umstrukturierungen im Zuge von Zukunft ohne Defizit (ZoD) und HAW 2030 waren herausfordernde Zeiten, in denen für die Forschung und den Interdisziplinaren Austausch, für mich, nicht sehr viel Raum geblieben ist. Deshalb freue ich mich jetzt tiefer in den Austausch mit Kolleg*innen aus angrenzenden Fachbereichen einsteigen zu können und Zeit zu haben, herauszufinden wo meine Expertise gute Anknüpfungspunkte an die bereits bestehenden Forschungsfelder der HAW Hamburg bietet. 

Ich freue mich insbesondere auf einen fachlichen Austausch, erhoffe mir Projekte gemeinsam anstoßen zu können und zusammen an Lösungen für die Zukunft zu arbeiten. Wenn wir uns den derzeitigen Zustand unseres Planeten angucken, gibt es sehr viele Baustellen, an denen wir nach Möglichkeit die Arbeitsgeschwindigkeit erhöhen sollten. Die Energiewende ist dabei eines der größeren Projekte. Ich freue mich über meine Mitgliedschaft am CC4E hier tiefer in das Thema einsteigen zu können, Problemstellungen aus unterschiedlichen Perspektiven zu diskutieren und mit interdisziplinar zusammengesetzten Teams Forschungsprojekte zu bearbeiten. Da wir im Bereich der Energiewende vor sehr komplexen Herausforderungen stehen, benötigen wir meiner Einschätzung nach unterschiedlichste Sichtweisen und Lösungsansätze. Hier möchte ich sehr gerne meine Expertise einbringen und bin mir sicher, dass ich dabei von den vielen Kolleg*innen am CC4E noch sehr viel lernen kann.

Sie sind seit September 2019 Professor für Bioverfahrenstechnik an der HAW Hamburg. Wie entstand Ihr persönliches Interesse an dem Forschungsfeld?

Ich würde sagen, dass ist eine Mischung aus Interessen, Veranlagungen und Zufällen. Der Wunsch, Zusammenhänge zu verstehen und die zugrundeliegende Logik zu erfassen, war bei mir schon immer vorhanden. Kindlich gesprochen ist es die immerwährende Frage nach dem „warum“. Diese wurde in der Schule mit den Fächern Mathematik und den Naturwissenschaften gefüttert. Über eine Chemielaboranten-Ausbildung bin ich dann bei einem Verfahrenstechnik Studium gelandet. Ich wollte gerne eine breite und fundierte Ingenieursausbildung durchlaufen, um eine solide Grundlage für die Zukunft zu haben. Die Motivation war damals ebenfalls eine Mischung aus der Faszination für das mathematische „Einfangen“ physikalisch-chemischer Zusammenhänge und der noch nicht hundertprozentig ausgereiften Idee, in welches Berufsbild das am Ende passt bzw. an welcher Stelle ich mich sehe. 

Im Laufe meines Verfahrenstechnik-Studiums habe ich dann Module der Biotechnologie besucht und fand die Verbindung zwischen Technik und Biologie extrem spannend. Die technische Nutzung der über Millionenjahre perfekt aufeinander abgestimmten biologischen Systeme hat mich so in den Bann genommen, dass ich im Anschluss noch ein Masterstudium Bioprocess Engineering absolviert habe und in Bioverfahrenstechnik promoviert habe. Die zusätzliche Facette, mit lebenden Organismen in einem Ingenieursbereich zu arbeiten, bietet eine große Vielseitigkeit. Die biologischen Systeme verhalten sich nie zu einhundert Prozent so wie erwartet oder vorhergesagt, selbst wenn man mit klar definierten Einzellern, also vergleichsweise trivialen Zellen, arbeitet. Das erhöht die Komplexität der Aufgabenstellung, sorgt aber auch dafür, dass es immer spannend bleibt. Das technische Handwerkszeug, also die zur Verfügung stehenden Unit Operations für biopharmazeutische Herstellungsprozesse sind immer dieselben, was die lebenden Systeme, also die Zellen, dann machen, wie Verunreinungssprofile aussehen und welche Isoformen der hergestellten Proteine in welchen Quantitäten vorliegen, ist nur sehr bedingt vorhersehbar. Es sind also immer „Rätsel“, die auf der oft sehr langen Reise, von der Entwicklung bis zur Marktzulassung und oft auch darüber hinaus, gelöst werden wollen. 

Aus Ihrer Sicht: Welche Rolle kann die Bioverfahrenstechnik für die Energiewende spielen? 

Aus meiner Sicht eine sehr große. Biogasherstellung oder die Dunkelfermentation zur Herstellung von biogenem Wasserstoff sowie die Herstellung von Bioethanol sind dabei die bekanntesten Verfahren. Diese können nicht den derzeitigen Bedarf an fossilen Energieträgern ersetzten, können aber einen relevanten Beitrag zur CO2-Reduktion leisten. Da wir nicht unbegrenzt Abfallströme und Anbauflächen zur Verfügung haben, gibt es dabei aber auch natürlich Grenzen. Letztlich ist die Reduktion des Energiebedarfs eine der größten Angriffspunkte, die wir meiner Ansicht nach noch viel mehr in den Fokus stellen sollten.

Blickt man etwas über die reine Energiebereitstellung hinaus, bietet die Bioverfahrenstechnik große Potentiale. Die biotechnologische Herstellung von chemischen Grundstoffen wie z.B. 1,4-Butandiol oder Tetrahydrofuran für die Herstellung von z.B. Polymeren können petrochemisch gewonnene Grundchemikalien ersetzen und sind damit Alternativen zu fossilen Produkten. Auch organische Säuren wie Milchsäure oder Bernsteinsäure werden heute schon eingesetzt, um Polymere herzustellen. Am Ende brauchen die eingesetzten Mikroorganismen aber, solange keine Photosynthese im Spiel ist, im Allgemeinen eine Kohlenstoffquelle, meistens Zucker, Stärke oder Zellulose. Diese müssen von Zellen aufgebaut werden, die zusätzlich Stickstoff, Phosphor und einige Salze benötigen. Das führt am Ende wieder auf die oben angeführte Herausforderung, dass Anbauflächen begrenzt sind und wir uns Gedanken machen müssen über planetaren Grenzen und geschlossene Kreisläufe. 

Meiner Meinung nach sind die Biologie und unser Planet eine hervorragende Lehrmeisterin. Hier können wir über Jahrmillionen perfekt entwickelte Kreisläufe beobachten und analysieren und uns angucken, wie ein perfektes Zusammenspiel zwischen unterschiedlichen Systemen funktioniert. Pflanzen, wie z.B. Erbsen, die symbiotisch mit Knöllchenbakterien an Ihren Wurzeln zusammenleben und dadurch ausreichend mit Ammoniumstickstoff-Verbindungen versorgt werden, welche die Knöllchenbakterien aus dem molekularen Stickstoff der Luft synthetisieren. So kann auf Stickstoffdünger verzichtet werden, was den Energieverbrauch reduziert und der Eutrophierung entgegenwirkt. In aktuellen Forschungsprojekten wird daran gearbeitet, diese Symbiose auch anderen Pflanzenzellen „beizubringen“. 

Die unfassbare Mannigfaltigkeit unseres Planeten und die Biologie bei der Lösung komplexer Probleme mit zu berücksichtigen, finde ich sehr reiz- und sinnvoll. In unsere Forschungsskizze zur nachhaltigen Verwertung von Mikroalgen haben wir ebenfalls versucht, Problemstellungen mehrdimensional zu betrachten und nach Möglichkeiten gesucht, die Wertschöpfung zu maximieren sowie Abfallströme zu minimieren. Ich bin der festen Überzeugung, dass die technische Nutzung biologischer Systeme die Last, die wir als Menschheit für unseren Heimatplaneten darstellen, deutlich reduzieren zu können. Ich hoffe hierzu als Mitglied des CC4E in Zukunft meinen Beitrag leisten zu können.

Vielen herzlichen Dank für das Interview!

Das Interview führte Inga Mohwinkel.