4 Mai 2011

Mikroalgen

Unscheinbare Winzlinge als Rohstofflieferanten

Sie sind klein, unscheinbar und führten bisher eher ein Schattendasein in der Biotechnologie-Forschung – und doch könnten die nur vier bis zehn Mikrometer großen Mikroalgen in Zukunft Großes bewirken. Auf dem vierten Bundesalgenstammtisch in Hamburg diskutierten vom 3. bis 4. Mai etwa 150 Experten aus ganz Deutschland, welche Rolle Algen in einer biobasierten Ökonomie spielen könnten. Am Ende war klar: Die Wirtschaft hat großes Interesse, doch noch sind viele grundsätzliche Fragen zu klären.

Anders als der Name der vom Wissenschaftsverband Dechema organisierten Veranstaltung vermuten lässt, handelte es sich beim “Vierten Bundesalgenstammtisch” nicht um einen ungezwungenen Plausch in gemütlicher Runde. Vielmehr fand in der gediegenen Atmosphäre der alten Börse ein veritabler zweitägiger Wissenschaftskongress statt. Thematisch drehte sich dabei zunächst alles um die Frage, wie sich die Mikroalgen kostengünstig züchten und effizient verarbeiten lassen. Sobald das gelungen sei, so die einhellige Meinung der Kongressteilnehmer, ließen sich aus den kleinen Organismen wertvolle Ausgangsstoffe für die Industrie gewinnen. Als Biomasse könnten sie darüber hinaus auch zur Energiegewinnung eingesetzt werden.

Das optimale Design ist entscheidend
“Die Mikroalgenforschung steht noch am Anfang”, gab Kongressorganisator Rainer Buchholz am Rande der Veranstaltung zu Bedenken und senkte damit zu hohe Erwartungen. Noch diskutieren die Experten nämlich über viele grundsätzliche Fragen – etwa den idealen Aufbau von Zuchtanlagen. Klar ist: Damit Mikroalgen wachsen können, brauchen sie Sonnenlicht. In der Vergangenheit haben sich dabei zwei prinzipielle Zuchtmethoden herausgebildet: Zum einen die Vermehrung in offenen Becken, zum anderen die Kultivierung in Reaktoren aus langen Glas- oder Plastikröhren.
Wie genau solche Röhren optimal angeordnet werden können, ist aber wissenschaftlich bisher kaum systematisch untersucht worden. Rosa Rosello vom Karlsruher Institut für Technologie will diese Frage nun in einem internationalen Projekt angehen. In Zusammenarbeit mit der Universität von Queensland entsteht in Brisbane, Australien, derzeit ein Forschungsanlage. “Auf Standflächen von einem bis hundert Quadratmetern werden wir sowohl kommerziell verfügbare Reaktormodelle als auch Eigenentwicklungen betreiben”, kündigte Rosello in ihrem Vortrag an. Durch den Vergleich der verschiedenen Reaktorgestaltungen soll das bestmögliche Design entwickelt werden. Aber auch an anderen Stellschrauben kann gedreht werden: Temperatur und pH-Wert des Wassers, Fließgeschwindigkeit und Begasung der Flüsigkeit sind da nur einige Beispiele.

Tannenbaumreaktor als Lösungsvorschlag
Heutige Reaktoren bestehen häufig aus Paneelen einzeln übereinander geschichteter Röhren. Je höher so ein Paneel ist, umso größer muss der Abstand zum Nachbarpaneel sein, damit sich die Systeme nicht gegenseitig beschatten und so die Produktivität der Mikroalgen vermindern. Müssen nun aber auf einer Fläche wenige, möglichst hohe oder viele, möglichst niedrige Paneele aufgestellt werden? Für den Ingenieur Fritz Cotta von der Gicon GmbH in Dresden lautet die richtige Antwort “weder noch”. Gemeinsam mit Kooperationspartnern von der Hochschule Anhalt testet er ein ganz anderes System, den sogenannten Tannenbaum-Reaktor. Dort sind die Röhren in Form einer spitz zulaufenden Pyramide angeordnet und erinnern auf diese Weise ein wenig an die weihnachtlichen Koniferen. Und das aus gutem Grund. “Die Form der Nadelbäume sorgt dafür, dass alle Teile des Baums möglichst viel Licht bekommen und sich nicht gegenseitig beschatten”, erklärte Cotta bei der Präsentation des Konzepts. Sein Credo: Die Natur hat diese Form in Millionen Jahren optimiert, so schlecht kann die Idee also nicht sein.

Nur Koppelproduktion ist sinnvoll
In den vergangenen Jahren gab es schon viele Verbesserungen bei der Algenzucht. Trotzdem ist die wirtschaftliche Bedeutung der Algen insgesamt noch gering. So ist die Produktion von Algen-Biodiesel oder –Bioethanol zwar technisch möglich, aber aus Expertensicht wirtschaftlich uninteressant. “Bisher verbrauchen Photoreaktoren mehr Energie als sich durch die Biomassenproduktion gewinnen lässt”, lautet das Fazit von Annika Weiss, die am Karlruher Institut für Technologie eine Ökobilanz für die Technik erstellt. Nicht zuletzt aus diesem Grund könnten sich künftig vor allem Kombinationsstrategien durchsetzen. “In Deutschland ist nur die Koppelproduktion von Wertstoff und Energie aus Algen ökonomisch sinnvoll”, postulierte Walter Trösch vom Fraunhofer-Institut für Grenzflächen und Bioverfahrenstechnik in Hamburg. Dabei werden in einem ersten Schritt Wertstoffe aus den Algen – wie zum Beispiel Fette oder Proteine – für die Pharma- und Chemieindustrie entfernt. Erst anschließend werden sie beispielsweise zur Herstellung von Biogas vergoren. Aus der restlichen Masse ließen sich zum Schluss noch Stickstoff und Phosphor entfernen, um damit neue Mikroalgen zu düngen, so Trösch.

Visionen wie diese sind es, die auch bei der Wirtschaft immer mehr Interesse für Algen wecken. Ob RWE in Niederaußem oder Vattenfall am Kraftwerk Senftenberg – seit Jahren sind vor allem Energieunternehmen an den unscheinbaren Winzlingen interessiert. Sie sehen hierin vor allem einen Weg, um die CO2-Bilanz ihrer Kraftwerke zu verbessern. Seit 2008 ist auch E.on Hanse in der Algenforschung aktiv. Gemeinsam mit der Subitec GmbH, der Strategic Science Consult, dem Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik und der Universität Hamburg sowie weiteren Partnern wird der Einsatz von Mikroalgen-Reaktoren im Freiland erprobt. Das Kohlenstoffdioxid, das die Algen zum Wachsen brauchen, stammt aus den Abgasen eines benachbarten Blockheizkraftwerks. In zwei großen Photobioreaktoren mit einem Volumen von 180 Litern wird das Sonnenlicht dabei nicht nur in die wertvolle Algenbiomasse umgesetzt, sondern – wie bei der Solarthermie – in Wärme umgewandelt. Auch wenn die sich ständig verändernden Licht- und Temperaturverhältnisse die Zucht der grünen Winzlinge besonders schwierig machen, kann die Umweltwissenschaftlerin Sabine Koch inzwischen erste Erfolge vermelden. “Mit unserer Produktivität liegen wir im oberen Bereich dessen, was bisher in Freilandanlagen erreicht wurde”, berichtete sie auf dem Kongress. Dass sich mit dieser Methode sogar Häuser beheizen lassen, wollen die Hamburger nun im kommenden Jahr auf der Internationalen Bauausstellung beweisen: Dort entsteht das erste Plus-Energie-Haus mit einer integrierten Mikroalgenfassade. Bewundern können es die Experten dann vielleicht schon beim fünften Bundesalgenstammtisch.

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