Nachhaltiger Biotreibstoff aus Algen
In der neuen bio-basierten Wirtschaft stellen Mikroalgen eine der vielversprechendsten nachhaltigen Quellen für chemische Stoffe und Biokraftstoffe sowie für Lebensmittel und nicht der Lebensmittelgewinnung dienenden Produkte dar. Um jedoch deren vollständiges Potenzial ausschöpfen zu können, muss eine Erhöhung der Größenordnung der Mikroalgenproduktion an eine gleichzeitige Senkung der Produktionskosten angepasst werden. Gegenwärtig steckt die Technologie zur vollständigen Ausschöpfung von Mikroalgen noch in den Anfängen. Das von der EU geförderte Projekt FUEL4ME (Future European league 4 microalgal energy) wurde ins Leben gerufen, um eine nachhaltige Produktionskette zu entwickeln, die es ermöglicht, dass die Biokraftstoffe der zweiten Generation mit den fossilen Brennstoffen konkurrieren können. Ziel war die Ausnutzung der einzigartigen Fähigkeit der Algen, unter Einsatz von Energie aus der Photosynthese Lipide zu erzeugen. Diese Lipide bilden ausgezeichnete Ausgangsstoffe für Biokraftstoffe und weitere Produkte wie etwa Tierfutter. Überdies konkurrieren die im Projekt eingesetzten, ins Visier genommenen Algen nicht mit Nahrungspflanzen für Land und Süßwasser, da sie in Salzwasser angebaut werden. „Die Wissenschaftler des Projekts untersuchten die die Lipidakkumulation lenkenden molekularen und metabolischen Mechanismen bei zwei Mikroalgenarten im Detail und demonstrierten eine gesteigerte Lipidanreicherung durch metabolisches Engineering. Zudem haben wir den gängigen zweistufigen Chargenproduktionsprozess für Mikroalgenlipide mit einem neu entwickelten kontinuierlichen einstufigen Verfahren verglichen und die Lipidproduktion unter verschiedenen Wachstumsbedingungen optimiert“, sagt Projektkoordinatorin Dr. Dorinde Kleinegris. „Die Forscher entwickelten die verschiedenen Schritte der nachgelagerten Prozesskette, welche die Ernte, den Zellaufschluss, die Lipidextraktion und die Fraktionierung und Hydrobehandlung der Lipide zur Erzeugung von Biokraftstoff umfasste. Sie waren erwiesenermaßen erfolgreich auf Mikroalgen anwendbar und können nun in kommerziellen Prozessen eingesetzt werden, welche nicht nur auf die Produktion von Biokraftstoffen beschränkt sind.“ Obgleich es einen niedrigeren Lipidgehalt aufwies, hatte das einstufige Verfahren im Vergleich zu dem traditionellen Chargenverfahren eine vergleichbare Lipidproduktivität, wobei jedoch Tests in größerem Maßstab erforderlich sind. Das Konsortium konzipierte eine Pilotanlage für die Freilandproduktion und richtete die Mikroalgenproduktion in drei Pilotanlagen mit Sitz in Italien, den Niederlanden und Israel sowie eine Demonstrationsanlage in Spanien ein. Man führte eine Lebenszyklusbilanz durch, um den realen Stand der Technik zu bestimmen sowie zu entscheiden, auf welche Weise die wichtigsten Parameter die Nachhaltigkeit des integrierten FUEL4ME-Prozesses beeinflussen. Dr. Kleinegris zufolge stellten „Anbau und Ernte, Strombedarf, Süßwasserquellen und Kohlendioxid sowie geeignete Landflächen die Haupteinflussgrößen auf die Nachhaltigkeit dar. Die Forschung hat sich mit einigen dieser Parameter befasst, indem man die Produktivität des Anbaus und die Ernteeffizienz verbesserte sowie auch Wasser und Ressourcen auf billigen Ödlandflächen wiederverwendete.“ Es sind jedoch weitere Verbesserungen erforderlich, um den Prozess der Biokraftstoffproduktion mit Mikroalgen in vollem Umfang wirtschaftlich und umweltverträglich zu gestalten. Derzeit ist der Prozess am besten für die Erzeugung von hochwertigen Produkten wie beispielsweise mehrfach ungesättigten Fettsäuren geeignet, während ein vielversprechender Bioraffinerieansatz gezeigt hat, dass die wirtschaftliche Stabilität stark zu verbessern ist. „Wir gehen davon aus, dass die langfristige Innovationsstrategie von FUEL4ME, die ihren Schwerpunkt in hochwertigen Produkten sieht, in wirtschaftlich vertretbaren und ökologisch nachhaltigen Mikroalgenprodukten resultieren wird. Das wird eine weitere Senkung der Produktionskosten und eine Erhöhung des Produktionsumfangs gewährleisten. Biokraftstoff aus Mikroalgen kann dann zur Möglichkeit werden“, erklärt Dr. Kleinegris. Das Projekt hat den Industriepartnern eine ausgezeichnete Gelegenheit geboten, Pilotversuche ihrer Technologien durchzuführen, um zu zuverlässigeren und besser anpassbaren industriellen Lösungen für den Mikroalgenanbau und die nachgelagerte Verarbeitung zu gelangen. Überdies hat es hochqualifizierte Fachleute mit Expertenwissen in Algenmikrobiologie sowie Mikroalgenanbau und Verarbeitungssystemen hervorgebracht. FUEL4ME hat durch die Entwicklung von Wissen und Befähigungen sowie nachhaltiger valorisierter Produkte aus Mikroalgen einen wertvollen Beitrag zur Forschungskapazität und Bioökonomie von Europa geleistet. Zudem verfügt dieses umweltfreundliche Verfahren über das Vermögen, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu reduzieren.
Schlüsselbegriffe
Biokraftstoff, Biotreibstoff, Mikroalgen, FUEL4ME, Lebenszyklusbilanz, Ökobilanz, mehrfach ungesättigte Fettsäuren