Energiepflanzen Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.

 

Algen

Algen

Algen sind pflanzenartige Organismen, die Photosynthese betreiben und zum Wachstum CO2 binden. Insgesamt sind etwa 40.000 bis 60.000 Algenarten bekannt, wovon bisher lediglich ein Prozent wirtschaftlich genutzt wird. Schätzungen gehen sogar davon aus, dass 200.000 bis mehrere Millionen Arten existieren. Eine Unterteilung findet nach Mikroalgen (Einzeller und Wenigzeller), wie z.B. Phytoplankton (Kieselalgen, Grünalgen, Goldalgen, Blaualgen) und Makroalgen (vielzellig, Thallus nicht in Sproßachse, Wurzel, Blätter unterteilt), wie z.B. Braunalgen und Rotalgen statt. Auch die zu den Prokaryoten zählenden Cyanobakterien werden als Blaualgen bezeichnet und werden im weitesten Sinne der Botanik zugeordnet.

Algen sind eine bislang wenig genutzte natürliche Rohstoffquelle. Dabei sind sie aufgrund der hohen Wachstumsraten, ihrer Genügsamkeit beim Wachstum z.B. Nutzung von Kohlenstoffdioxid (CO2) aus Verbrennungsprozessen als C-Quelle, der Fähigkeit zum Aufbau von Lipid- oder Kohlenhydratspeichern für eine energetische Nutzung geeignet. Bei der Produktion von einer Tonne Algenbiomasse werden rund zwei Tonnen CO2 gebunden, welches beim Verbrennungsprozess naturgemäß jedoch wieder freigesetzt wird. Somit ließe sich mit Algenbiomasse zumindest ein CO2-neutraler Treibstoffzyklus aufbauen. Da Algen je nach Wachstumsbedingungen einen Lipidgehalt von bis zu 70 Prozent erreichen können, eignen sie sich hervorragend als Rohstoff für die Biodieselgewinnung.

In vielen asiatischen Ländern werden Algen traditionsgemäß als Nahrungsmittel genutzt. Darüber hinaus gibt es verschiedene Verfahren, mit denen Wertstoffe aus Algen gewonnen werden. Die weltweit verarbeitete Menge an Algen lag im Jahr 2009 bei ca. 9 Mio. Tonnen, womit ein Umsatz von schätzungsweise 3,5 Mrd. € erzielt wurde. Vor dem Hintergrund der absehbaren Verknappung fossiler Ressourcen und des Klimawandels ist zu vermuten, dass die Nutzung von Algen als Biomassequelle weiter in den Fokus rückt.

Vorteile der Nutzung von Algen als nachwachsender Rohstoff:

  • Algen benötigen kein Ackerland und stehen somit nicht in Konkurrenz zur Erzeugung von Lebensmitteln.
  • Mikroalgen weisen gegenüber höheren Landpflanzen den wesentlichen Vorteil auf, dass sie kein Lignin enthalten, geringe Cellulose- und Nukleinsäuregehalte und dafür einen hohen Proteinanteil aufweisen. Darüber hinaus zeichnen sich Algen vor allem durch höhere Wachstumsraten und Flächenerträge in der Biomasseproduktion aus.
  • Sie nutzen CO2 als Kohlenstoffquelle und können so beispielsweise zur Reduktion von CO2 aus Kraftwerksabgasen dienen.
Ecoduna-Algenzuchtanlage "Hanging Gardens" in Senftenberg, Betreiber: GMB GmbH
Ecoduna-Algenzuchtanlage "Hanging Gardens" in Senftenberg,
Betreiber: GMB GmbH
Biomasse Ertrag in t(TS)/ha*a Geb. CO2 in t/ha*a Energiegehalt in MWh/ha Preis in €/GJ
Mikroalgen (Becken) 40-60 66-100 166-250 k.A.
Mikroalgen (Reaktor) 80-120 130-200 333-500 k.A.
Mais, Ganzpflanze 15-20 25-35 75-100 0,5-0,8
Waldholz (Buche) 4-7 7-12 20-35 3-10
Schnellw. Bäume 6-20 10-35 30-100 3-10

Insgesamt ist zu beobachten, dass die globale Nutzung von Algenbiomasse und deren Konversion zu beispielsweise Wert- und Wirkstoffen, Biopolymeren und Energieträgern weiter zunimmt.

Nachteile und Optimierungsmöglichkeiten bei der Nutzung von Algen als nachwachsender Rohstoff:

  • Die grundflächenbezogene Produktivität ist in offenen Becken geringer als in Bioreaktoren, da die Nutzung des Lichts auf die oberen Schichten begrenzt ist.
  • Hohe Investitionskosten für Bioreaktoren und zusätzlich höhere Reinigungskosten.
  • Verunreinigungen in offenen Becken (Open Ponds) da keine reinen Mikroalgenstämme. Standorte mit ganzjährig hoher Solarstrahlungsintensität und warmem Klima notwendig, Deutschland nur 1000 kWh/m2/a, Sahara, Australien, Küste Somalia 2.500 kWh/m2/a > künstliche Alternative: hohe Energiekosten für Wärme und Licht.
  • Energieaufwändige Abtrennung und Aufbereitung der Algenbiomasse (Filtration und Trocknung)

Leistungsfähige Algenbiotechnologie in Deutschland:

In der Bioverfahrenstechnik und im mikro- und molekularbiologischen Bereich sind zahlreiche Forschungseinrichtungen auf dem Gebiet der Algenbiotechnologie aktiv. Zudem beschäftigt sich eine kleine Anzahl von Unternehmen mit der Produktion von Algen und deren Produkten sowie der Fertigung von entsprechenden Produktionsanlagen.

Gerade in jüngster Zeit zeigen vor allem Energieversorgungsunternehmen ein starkes Interesse an der Nutzung von Algen, was dazu führte, dass mehrere Pilotanlagen zur Entfernung von CO2 aus Kraftwerksabgasen in Deutschland errichtet wurden.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) initiierte im Jahr 2008 für einen Informationsaustausch auf diesem Gebiet den Bundesalgenstammtisch.

Die FNR ist Partner in dem neuen EU-Projekt „Energetic Algae“.

Informationen hierzu finden Sie unter www.enalgae.eu

Kultivierung von Chlorella in Röhrenreaktor in Klötze, Betreiber: Roquette Klötze GmbH & Co. KG
Kultivierung von Chlorella in Röhrenreaktor in Klötze, Betreiber: Roquette Klötze GmbH & Co. KG

AUFWIND – Projekt

Das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) fördert über seinen Projektträger, die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR), das Verbundprojekt „AUFWIND – Algenproduktion und Umwandlung in Flugzeugtreibstoffe: Wirtschaftlichkeit, Nachhaltigkeit und Demonstration“

Weitere Informationen zum Projekt finden Sie hier.

Mikroalgen [Quelle: IGV Biotech / IGV GmbH]
Mikroalgen [Quelle: IGV Biotech / IGV GmbH]