06.03.2017

Mikroalgen: Lebensmittel, Futter, Kraft-, Wertstoff

Foto: Wikimedia CC 4.0/Ahom

Sie sind wahre Tausendsassas: Vor einigen Jahren waren Mikroalgen in aller Munde - als die ersten Flugzeuge mit Algenkraftstoff starteten, galt das als Hoffnungssignal für den weltweiten Klimaschutz. Seither ist es ruhiger um Mikroalgen geworden – dennoch steckt in den Alleskönnern enormes Potenzial.

Das Besondere an Mikroalgen: Pro Oberfläche können sie mehr als fünfmal soviel Biomasse produzieren wie konventionelle Energiepflanzen. Sie wachsen unabhängig von den Jahreszeiten, und bis zu 100 Tonnen Biomasse pro Hektar und Jahr gelten als realistische Erntemenge. Sie konkurrieren nicht mit Lebensmitteln um fruchtbares Land, sondern können auch in trockenen Gegenden, auf Industriebrachen oder im Meer angebaut werden. Ihre Vielfalt ist überwältigend: Von geschätzt über 100.000 Spezies sind bisher weniger als 10.000 untersucht, und nur etwa 20 werden kommerziell genutzt.

 

Algen als nachwachsender Grundstoff für viele Anwendungsbereiche

 

Eine umfassende Studie des Joint Research Center der Europäischen Kommission beziffert die Produktionsmenge auf 9.000 Tonnen im Jahr 2011 mit stark wachsender Tendenz. Traditionell machen Gesundheits- und Nahrungsergänzungsmittel den Löwenanteil dieses Marktes aus, doch andere Anwendungsgebiete machen allmählich Boden gut. Dazu gehören beispielsweise kosmetische Inhaltsstoffe, Biochemikalien und fluoreszierende Marker für Proteine, ein wichtiges Produkt für Labore.

Im Vergleich zu landwirtschaftlichen Nutzpflanzen hat die Domestizierung von Mikroalgen noch nicht einmal begonnen. Viel Spielraum bieten sie für die Produktion neuer Moleküle wie rekombinanter Proteine – eine wichtige Arzneimittelklasse – oder pharmazeutische Wirkstoffe, die sich heute noch im Forschungsstadium befinden. Auch die Optimierung der Produktionsmengen für etablierte Produkte bleibt ein Thema.

Weit fortgeschritten ist die Algentechnologie bereits für die Kraftstoffproduktion – ob Bioethanol, Biolipide, Biodiesel, Wasserstoff oder eine Kombination aus verschiedenen Produkten. Letzteres verfolgt beispielsweise das US-Unternehmen Algenol. Die Firma hat einen zweistufigen Prozess entwickelt, bei dem die Algen zuerst für die Bioethanolproduktion genutzt werden und die verbleibende Biomasse dann zu kohlenwasserstoffbasierten Kraftstoffen wie Biodiesel oder Kerosin verarbeitet wird. Algenol nimmt für sich in Anspruch, Bioethanol für weniger als einen Euro pro Liter produzieren zu können.

 

Produktion von Algen-Produkten derzeit noch ein Engpass

 

Horizntal Photobioreaktor Foto: Wikimedia CC/BY-SA-4.0/Emilia Hackslay

Die Suche nach nachhaltigeren biobasierten Rohstoffen hat Algenexperten dazu getrieben, über Ethanol und Biodiesel hinauszudenken. Einem Artikel in Scientific American zufolge haben Wissenschaftler am NREL des US-Energieministeriums Cyanobakterien dazu gebracht, Ethen zu produzieren. Derzeit kann der Algenstamm etwa 10 Prozent des aufgenommenen Kohlendioxids in Ethen umwandeln, was einer Produktionsrate von 35 Milligramm pro Liter und Stunde entspricht. Und eines Tages könnten Fahrzeuge mit Algen-Biodiesel sogar über Straßen rollen, die mit algenbasiertem „Bio-Bitumen“ gepflastert sind: Die französische Firma AlgoSource Technologies entwickelt mit einer Reihe von Universitäten und Forschungseinrichtungen einen hydrothermalen Umwandlungsprozess, um eine viskose Masse mit bitumenähnlichen Eigenschaften zu produzieren.

Neben der Produktion von hochwertigen Produkten bieten Mikroalgenanlagen auch für Entwicklungsländer ein hohes Potenzial. Dort könnten sie dafür eingesetzt werden, die Bevölkerung mit hochwertigen Proteinen zu versorgen.

Bisher bilden allerdings die Produktionstechnologien einen Engpass für den großindustriellen Einsatz von Mikroalgen. Es stehen verschiedene Reaktorkonzepte zur Verfügung, vom offenen Teich bis zu geschlossenen Anlagen in unterschiedlichen Formen. Allen gemeinsam ist, dass die Algen gleichmäßig mit Licht, Kohlendioxid und Nährstoffen versorgt werden müssen und dass die Aufbereitung der Algensuspensionen bisher meist sehr aufwändig ist. Hier besteht noch erheblicher Forschungs- und Entwicklungsbedarf – dann könnten Algen in unterschiedlichen Weltregionen ihre Stärken als Tausendsassas der Pflanzenwelt voll ausspielen.

Wollen Sie mehr über Algen wissen? Im Positionspapier „Mikroalgen-Biotechnologie - Gegenwärtiger Stand, Herausforderungen, Ziele“ hat die DECHEMA-Fachgruppe Algenbiotechnologie den gegenwärtigen Stand der Technik und den Forschungsbedarf detailliert zusammengestellt. Es ist kostenlos verfügbar unter www.dechema.de/studien. Mehr zum Anbau und zur Verarbeitung von Mikroalgen erfahren Sie auch auf der ACHEMA 2018 vom 11.-15. Juni in Frankfurt.

 

Kathrin Rübberdt


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