Mikroalgen

Mikroskopisch kleine Naturstofffabriken

Die Sicherung der Energieversorgung und der Klimaschutz auf der einen Seite sowie die Ernährungssicherung mit Lebensmitteln und Trinkwasser und nachhaltige Rohstoffproduktion auf der anderen Seite sind die Zukunftsaufgaben auf unserer Erde. Einen möglichen Lösungsansatz bietet die intelligente Nutzung von Mikroalgen zur klimaschonenden Wiederverwertung von Kohlendioxid gekoppelt mit der Produktion von Biomasse als Energieträger, als Futtermittel sowie der Extraktion einer Vielzahl von sog. „high value“-Produkten (antivirale Substanzen, Antioxidantien, Naturfarbstoffe, ungesättigte Fettsäuren etc.). Dieser Ansatz wird von den Forschern in der Ankergruppe Aquakulturforschung verfolgt - inspiriert primär von den natürlichen Prozessen in den Weltmeeren.

In den vergangenen Jahren haben sich neben der Nutzung der Sonnenenergie mittels Photovoltaik und Solarthermie, verschiedene Verfahren zur Erzeugung von Energie und Wärme aus Biomasse etabliert. Alle Verfahren erneuerbarer Biomasseenergieträger (z.B. Energiepflanzen, Holz oder Reststoffe) nutzen die Photosynthese, bei der aus Kohlendioxid und Wasser Sauerstoff und Biomasse gebildet wird. Erneuerbare Biomasseenergieträger stehen allerdings in der Diskussion, da sie einerseits wertvolle Böden der Nahrungsmittelproduktion beanspruchen, andererseits je nach Kultur und Standortfaktoren einen hohen Verbrauch an fossilen Energieträgern für die Produktion in Form von Düngung, Pflanzenschutz und Bodenbearbeitung erfordern. Das führt letztendlich dazu, dass die Effizienz bei der Produktion erneuerbarer Biomasseträger als gering eingestuft wird, zumal die Erträge durch die Vegetationszeit und die Standortfaktoren wie Wasser, Licht und Nährstoffe begrenzt sind und die Preise für Nahrungs- und Düngemittel von der Flächenkonkurrenz zunehmend beeinflusst werden.

Eine Alternative zu der skizzierten Biomasseproduktion kann die Produktion von Mikroalgen darstellen. Mikroalgen vermehren sich durch Teilung und sind demnach in ihrer Entwicklung mehr oder weniger unabhängig von Jahreszeiten und generativen Phasen. Eine Flächenkonkurrenz zur bestehenden Nahrungsmittelproduktion besteht zwangsläufig nicht. Gleichzeitig entsteht durch die Produktion von Mikroalgen ein hochwertiger Naturstoff, der ein großes Potential an Verwendungsmöglichkeiten birgt. Schon jetzt finden Mikroalgen Verwendung in der Lebens- und Futtermittelindustrie, sowie als natürliche Ersatzstoffe in der Chemie- und Pharmabranche. Mikroalgen stellen ein Produkt dar, welches auf natürliche Art und Weise generiert werden kann und so eine umweltgerechte Alternative zu synthetisch erzeugten Stoffen darstellt. Marine Mikroalgen sind dazu besonders gut geeignet, denn sie produzieren bis zu zwanzigmal mehr Biomasse pro Fläche und Zeit als Landpflanzen. Zudem können sie auf Industrieflächen oder ausgetrockneten Landstrichen angebaut werden und benötigen zum Wachstum kein Süßwasser.

Durch eine intelligente Kopplung verschiedener Wissenschafts- und Wirtschaftsbereiche kann mit der Algentechnologie ein neuer Weg beschritten werden, der aktiven Umweltschutz mit Energiegewinnung und umweltgerechter Rohstoffproduktion verbindet.

Die Mitarbeiter der Aquakulturforschung beschäftigen sich mit folgenden Aufgabenstellungen:

  1. der industriellen Umsetzung der Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung,
  2. der Selektion, der Produktion und der optimierten Kultivierung von Mikroalgen, die für eine industrielle Verwertung besonders geeignet sind,
  3. der Entwicklung und Anwendung geeigneter Kultivierungsverfahren für die gezielte Produktion von Mikroalgen-Inhaltsstoffen,
  4. der Erhöhung von Wachstumsraten und Biomasse-Ausbeute
  5. der Entwicklung und Anwendung von Verfahren zur Konversion der Algenbiomasse,
  6. der Entwicklung von Verfahren zur Reduktion der Produktionskosten

Hierzu verbinden wir Nachhaltigkeit mit Umweltbewusstsein und Technologietransfer. Dabei entstehen Kooperationen mit kleinen und mittleren Industrie-Unternehmen in den Forschungsbereichen der hochwertiger Inhaltsstoffe, der Produktion von Futteralgen für die Aquakultur sowie der Entwicklung und verfahrenstechnischen Optimierung von Produktionssystemen.

Für die kontinuierliche Kultur von Mikroalgen steht ein Röhrenreaktor zur Verfügung, der ein Volumen, inklusive Reservoir, von etwa 250 Liter aufweist. Mikroalgen können konstant in hohen Dichten produziert und dabei kontinuierlich geerntet werden. Durch einstellbare Lichtstärken können auch variierende Umweltbedingungen simuliert werden. Dadurch ist es möglich, ein breites Spektrum an Mikroalgen kultivieren zu können, ebenso wie Süß- und Salzwasser-Arten. Diese können als Grundlage für künstliche Nahrungsketten, aber auch als eigenständige Biomasse für weitergehende Versuche oder für die Gewinnung von Naturstoffen genutzt werden. Weiterhin existieren Licht-Thermostaten, um Reinkulturen unterschiedlicher Mikroalgenarten vorzuhalten sowie Batch-Kultureinheiten für die Produktion von Starterkulturen.

ZAF Photobioreactor

Mikroalgae Growbags

Ansprechpartner Mikroalgen

Joachim Henjes