Mikroalgen – nachwachsende Rohstoffe für die Bioökonomie

  • Mikroalgenbiomasse ist eine unverzichtbare Rohstoffquelle für die Herstellung einer Vielzahl von Produkten beim Wandel von einer erdölbasierten zu einer biobasierten Wirtschaft.
  • Als photosynthetisch aktive Organismen nutzen Mikroalgen die Energie der Sonne und können in lichtdurchlässigen Anlagen (Photobioreaktoren) ohne Beanspruchung von Ackerflächen das Treibhausgas CO2 in wertvolle Biomasse umwandeln.
  • Für eine optimale Wertschöpfung ist die Entwicklung von Algenbimasse-Raffinerien notwendig, die analog zu einer Erdöl-Raffinerie die Rohstoffe vollständig nutzt – daran forscht das Algenteam der Hochschule Anhalt.

Die Menschheit verbraucht in einem Jahr so viel Öl, Kohle und Gas, wie die Natur innerhalb von einer Millionen Jahre gebildet hat. Das Zeitalter der fossilen Rohstoffe, aus denen wir fast 80% unseres Energiebedarfes decken und viele Alltagsprodukte gewinnen, neigt sich dem Ende zu.

Aufgabe der Bioökonomie ist es, die fossilen Stoffkreisläufe auf eine biobasierte Wirtschaft mit nachwachsenden Rohstoffen umzustellen. Aufgrund begrenzter landwirtschaftlicher Flächen kann die steigende Nachfrage an Biomasse als Lebensmittel, Wirkstoffproduzent, Industrierohstoff und Energieträger nicht allein über den Anbau von Pflanzen gedeckt werden.

Alternative Rohstoffquellen sind Biomassen von Mikroalgen, die nahezu ganzjährig in Photobioreaktoren mit Hilfe von Licht und COin wässrigen Nährmedien produziert werden können. Aufgrund kurzer Verdopplungszeiten liefern Mikroalgen höhere Biomasseerträge als Landpflanzen (jährlich 50-150 t/ha, im Vergleich Weizen 6-9 t/ha, Raps 3-5 t/ha), verwerten mehr CO2 und benötigen keine landwirtschaftlichen Flächen (keine Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion). Die Biomasse kann nach Entwässerung als Rohstoff genutzt werden.

Was sind Algen und wie werden sie genutzt?

Algen (lat. Alga: Tang, Seegras) sind umgangssprachlich einfach organisierte Wasserpflanzen, die als mikroskopisch kleine Mikroalgen oder bis zu mehreren Metern lange Makroalgen auftreten.

Makroalgen (alleBraunalgen, viele Rotalgen und einige Grünalgen) wachsen überwiegend im Meer. Sie werden zur Herstellung von Sushi, Alginaten, Textilien oder Kosmetika in flachen Meeresbuchten manuell in sogenannter Mari-Kultur angebaut.

Zu den Mikroalgen zählen die prokaryotischen Cyanobakterien (Blaualgen) und die einzelligen eukaryotischen Algen, wie Kiesel-, Gold-, Grün- und Rotalgen. Diese winzigen Organismen leben meist schwebend als Phytoplankton in Gewässern und bestreiten fast die Hälfte der Photosynthese und Sauerstoffproduktion auf der Erde. Dabei binden sie große Mengen CO2 und beeinflussen maßgeblich das Klima.

Bisher sind ca. 44.000 Arten beschrieben und nur wenige genauer charakterisiert. ExpertInnen rechnen mit über 500.000 nicht entdeckter Arten – ein nahezu unerschöpfliches Potenzial für die biotechnologische Nutzung. Die einzelnen Klassen sind wenig miteinander verwandt und unterscheiden sich deutlich in ihren Stoffwechselwegen und Produktspektren. Viele Arten bilden Stoffe, die aus Pflanzen nicht gewonnen werden können.

Gegenüber dem Pflanzenanbau ist die industrielle Mikroalgenproduktion noch eine junge Disziplin, die 1960 startete und jährlich wächst. Aktuell werden nur wenige Mikroalgen kommerziell genutzt, die in Form von Biomasse vor allem als Nahrungsergänzungs- & Futtermittel vermarktet werden. Die Produktion von Wertstoffen steht noch am Anfang und beschränkt sich auf hochwertige Produkte, insbesondere Omega-3-Fettsäuren, Naturfarbstoffe und Kosmetikextrakte.

Enorme Marktchancen bieten Pharmawirkstoffe, spezifische Kohlenhydrate, Proteine, Biokunststoffe und Öle. Auch können eine Vielzahl von Stoffen, die gegenwärtig der Erdölchemie entstammen, aus Algen gewonnen werden. Hierzu ist es erforderlich die gesamte Prozesskette, von der Kultivierung bis zur Aufarbeitung, zu optimieren, um die noch zu hohen Produktionskosten zu senken. Ein wichtiger Weg ist die Entwicklung von Bioraffinerien mit Algenbiomasse, die analog zu einer Erdöl-Raffinerie die Rohstoffe vollständig nutzt und Reststoffströme recycelt.

Vita

Prof. Dr. Carola Griehl ist Professorin für Biochemie, Leiterin des Kompetenzzentrums Algenbiotechnologie und Direktorin des Life Science Centers an der Hochschule Anhalt. Ihre Forschungsschwerpunkte liegen in der Entwicklung optimierter Verfahren zur Algenbiomasseproduktion und Wertstoffgewinnung (Proteine, Carotinoide, Sulfolipide, KW-Öle, Biokunststoffe, Wirkstoffe) vom Labor- in den Technikumsmaßstab sowie der Reststoffverwertung zu Biogas.

Weiterführende Informationen

Kompetenzzentrum Algenbiotechnologie an der Hochschule Anhalt

Autorin: Prof. Dr. Carola Griehl, Hochschule Anhalt

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