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Die Algen brauchen nur noch das richtige Licht

Algen gelten als Hoffnungsträger für künftige Energietechnologien. Zahlreiche Forscher arbeiten an marktfähigen Anwendungen von der Biodieselproduktion bis zur Abwasserreinigung. Nur so lohnt das Geschäft mit Algen.

Einen biologischen Schönheitswettbewerb würden die schleimigen Lebewesen wohl nicht gewinnen. Doch dafür sind Algen regelrechte Streber im botanischen Stammbaum. Seit knapp einer Milliarde Jahre produzieren die rund 80.000 bekannten Arten über Photosynthese den Großteil des Sauerstoffs in der Atmosphäre. Sie wachsen fünf- bis zehnmal so schnell wie Landpflanzen und stellen dabei Wertstoffe wie Vitamine, ungesättigte Fettsäuren oder Cellulose her.

Pharma-, Lebensmittel- und Kosmetikindustrie wissen derlei Gaben schon lange zu schätzen. In den vergangenen Jahren sind Algen aber auch in den Fokus der Energieforschung gerückt. So lässt sich aus vielen Arten durch Vergärung Biogas oder mittels Umesterung Biotreibstoff herstellen. Das australische Unternehmen PetroAlgae etwa gibt an, schon bald Biodiesel aus Algen zu konkurrenzfähigen Preisen anbieten zu können. Ähnliche Ankündigungen kommen aus den rund 50 amerikanischen „Green Fuel“-Unternehmen, die in den vergangenen fünf bis zehn Jahren das Licht der Firmenwelt erblickt haben.

Schwierige Dosierung des Lichts

Einen anderen, in letzter Zeit etwas ins Hintertreffen geratenen, Energieträger versucht das deutsche Verbundprojekt „HydroMicPro“ zu gewinnen: Wasserstoff. Die benötigten Algen züchten die Forscher in einem sogenannten Photobioreaktor. Dabei handelt es sich um einen Behälter aus lichtdurchlässigem Material. Kohlendioxid und die nötigen Nährstoffe werden über Rohrleitungen eingebracht. Für die Wasserstofferzeugung bedient man sich dann eines simplen biochemischen Tricks und reduziert die Schwefelkonzentration im Reaktor. Mit dieser Mangelsituation konfrontiert, stellen die Algen ihren Organismus um und produzieren Wasserstoff. Das begehrte Gas weicht oben aus dem Behälter und kann dort abgefangen werden.

Was der kommerziellen Umsetzung solcher Vorhaben bislang noch im Wege steht, sind die hohen Investitionskosten bei der Algenkultivierung. Die meisten Forschungsprojekte beschäftigen sich deshalb zusätzlich mit dem Problem der Massenzucht. Grundsätzlich sind Algen zwar genügsame Wesen. Sie benötigen im Wesentlichen nur Licht, Kohlendioxid, Ammoniak und Stickstoff, um rasant zu gedeihen, doch der Teufel steckt im Detail: Zu viel Licht schadet der Zucht ebenso wie zu starker Schatten. Die Forscher arbeiten deshalb an der Optimierung eines Photobioreaktors, der die Algenmasse kontinuierlich durchmischt. Dadurch gelangen die einzelnen Zellen nur so lange an die lichtintensive Reaktoroberfläche wie nötig, um die photosynthetischen Prozesse in Gang zu bringen. Auch die Dosierung der Nährstoffe muss für eine maximale Ausbeute präzise angepasst werden. „Man dreht an verschiedenen Schräubchen und nähert sich dem gewünschten Ergebnis an“ sagt Ute Ackermann vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT), das das Verbundprojekt koordiniert.

Für einigen Unmut in der weltweiten Algenszene sorgte Ende Jänner eine Studie der Universität von Virginia. Die Forscher rechneten vor, dass derzeitige Verfahren zur Algenproduktion alles andere als umweltfreundlich seien. „Kritische Stimmen zur Algenforschung sind nichts Neues“, kommentiert Ute Ackermann lapidar. „Wir wissen selbst, dass wir erst am Anfang stehen. Soll man deshalb alle Projekte einfach einstellen?“ Richtig ist jedoch, dass die energetische Verwertung von Algen auf absehbare Zeit preislich nicht mit fossilen Energieträgern konkurrieren kann. Für die meisten Wissenschaftler ist deshalb klar, dass vernünftige Geschäftsmodelle auf eine Mehrfachnutzung der Algen hinauslaufen werden. Das bedeutet, dass man erst die hochpreisigen Wertstoffe gewinnen wird, an denen etwa die Pharmabranche interessiert ist. Die verbliebene Biomasse lässt sich dann zur Umwandlung in Biogas, Biodiesel oder Wasserstoff nutzen.

Produktion von Fettsäuren

Ähnliche Pläne hegt auch das Hainburger Start-Up-Unternehmen Ecoduna. Die beiden Firmengründer Franz Emminger und Martin Mohr wollten ursprünglich selbst Algen züchten, doch unzufrieden mit den am Markt verfügbaren Reaktoren entwickelten sie kurzerhand einen eigenen Zuchtreaktor, den sie nun vertreiben. Ihre Erfindung basiert ebenfalls auf der Durchmischung der Algenmasse. Doch nutzen sie dafür gleich das eingeblasene Kohlendioxid. Dadurch benötigt man keine zusätzlichen Mischaggregate und spart Energie.

„Die reine energetische Algennutzung ist derzeit nicht marktfähig“, bestätigt auch Martin Mohr. „Aber Algen enthalten ja viele verwertbare Stoffe.“ Die beiden Unternehmer planen deshalb, in den nächsten zwei Jahren, eine Produktionsanlage für essentielle Fettsäuren aufzuziehen. Diese Algenprodukte könnten dann als Nahrungsergänzungsmittel an die Lebensmittelindustrie oder an die Tierfutterbranche verkauft werden.

An ambitionierten Ideen mangelt es der Algenszene jedenfalls nicht. Gerald Bunke vom Institut für Biotechnologie an der TU Berlin etwa arbeitet an einer Methode der Wasserreinigung mit Hilfe von Algen. „Wir haben 48 Algenspezies untersucht“, sagt Bunke. „Dabei hat sich gezeigt, dass manche Arten bestimmte Metalle binden können.“ In der Praxis trocknet und zerkleinert Bunke die Algen zu winzigen Kugeln, steckt sie in offene Glasröhrchen und legt diese in kontaminiertes Wasser. Je nach dem pH-Wert der Lösung binden sich die Metallionen dann an die Algen. Mittels verdünnter Säuren, aber auch anderer Methoden, lassen sich die Metalle dann wieder ablösen.

Interessant ist dieses Verfahren nicht nur zur Abwasserreinigung, sondern auch zum Recycling teurer Metalle, zum Beispiel Titan. Vom Zeitalter der Algen zu sprechen wäre zweifellos verfrüht. Doch als sprichwörtliche „Pest“ gelten sie auch nicht mehr.

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