Mithilfe lipidreicher Algen Biokraftstoffe aus Altholz herstellen
Die EU hat sich ehrgeizige Ziele in Bezug auf die Reduzierung des Verbrauchs fossiler Brennstoffe gesetzt, wobei die EU-Mitgliedstaaten dazu verpflichtet sind, dafür Sorge zu tragen, dass bis 2030 der Anteil der erneuerbaren Energien im Verkehr mindestens 14 % beträgt. Dazu zählt ein Mindestanteil von 3,5 % an fortschrittlichen Biokraftstoffen. Fortschrittliche Biokraftstoffe sind flüssige Kraftstoffe, die in der Regel aus nicht auf Lebensmitteln basierenden Rohstoffen gewonnen werden und im Verlauf ihres Lebenszyklus zu einer erheblichen Reduzierung der Treibhausgasemissionen führen können. Die Erforschung neuer Rohstoffe ist ein Bereich, in dem intensiv geforscht wird, wobei unter anderem an der kommerziellen und technischen Nutzbarkeit von Mikroalgen gearbeitet wird.
Die Nachhaltigkeit von Biokraftstoffen sicherstellen
Das Ziel des Projekts FLEXI-GREEN FUELS bestand darin, ein hochflexibles integriertes Biokraftstoffverfahren zu entwickeln, mit dem mehrere Typen brauchbarer Abfallbiomasse behandelt werden können. Auf diese Weise könnte eine ganze Palette kommerzialisierbarer Drop-in-Biokraftstoffprodukte für die Schifffahrt und den Luftverkehr sowie wertschöpfender Nebenströme zur Verfügung gestellt werden. „Ein großes Problem stellt bei flüssigen Biokraftstoffen deren Nachhaltigkeit dar“, erklärt Alok Kumar Patel, FLEXI-GREEN FUELS-Projektmitglied an der Technischen Universität Luleå in Schweden. „Wir müssen das tatsächliche Treibhausgasreduzierungspotenzial des Rohstoffs bestimmen, etwaige Probleme mit der Veränderung der Landnutzung ermitteln und die Verfügbarkeit der Biomasse bewerten können.“ Auch die Wettbewerbsfähigkeit gegenüber den heute üblichen fossilen Biokraftstoffen ist nach wie vor ein großes Hindernis, das dem Einsatz dieser Biokraftstoffe im Wege steht. „Die ökologische und wirtschaftliche Nachhaltigkeit der Herstellung flüssiger Biokraftstoffe hängt weitgehend von den für den Prozess verwendeten Rohstoffen ab“, fügt Patel hinzu.
Nachhaltige Rohstoffe
In dem von der Hochschule Bremerhaven in Deutschland koordinierten Projekt ging es darum, umweltfreundliche Rohstoffe zu ermitteln, die nicht mit der Nahrungsmittelerzeugung konkurrieren. Zu diesem Zweck wurden nicht essbare Holzabfälle aus der Forstindustrie als Ausgangsmaterial zum Anbau ölhaltiger Mikroorganismen ausgewählt. Diese Mikroalgen reichern sich im Verlauf ihres natürlichen Lebenszyklus mit Ölen und Fetten (Lipiden) an. Diese Lipide können dann geerntet und zu einem nachhaltigen Biodiesel veredelt werden. Holzabfälle von gemeiner Fichte und Weißbirke wurden in Zellulose, Hemizellulose und Lignin getrennt. Die Zellulosefraktion wurde dann mit Enzymen behandelt, um sie zu Einfachzucker zu reduzieren. Diese Glukose wurde dann an Auxenochlorella protothecoides verfüttert, eine Mikroalge, die Zucker als Energiequelle verwerten kann. Das Team optimierte die Bedingungen innerhalb des Prototyp-Bioreaktors, um die Lipidproduktion zu maximieren. „Ein großer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass es kosteneffizient und vergleichsweise einfach durchführbar ist und nur einen relativ geringen täglichen Wartungsaufwand erfordert“, sagt Patel. „Die Kultivierung kann ohne Beleuchtung erfolgen, daher ist auch kein Photobioreaktor erforderlich.“ Die mithilfe dieses Algenfermentationsprozesses erzeugten Lipide wurden mit fortgeschrittenen Wasserstoffbehandlungsprozessen in Brennstoff umgewandelt, der optimiert wird, um als Flug- oder Schiffstreibstoff zur Verfügung zu stehen. Patel stellt fest, dass hier erstmalig Biokraftstoffe unter Einsatz von Mikroalgen hergestellt werden, die sich von Holzabfällen ernähren: „Mikroalgen bilden die beste Quelle für die Produktion intrazellulärer Lipide, die in Biodiesel umgewandelt werden können.“
Lukrative Nebenströme
Außerdem wurde festgestellt, dass die Algenfermentation einen hohen Anteil von als Nutrazeutika nutzbaren Verbindungen wie Squalen und langkettigen, mehrfach ungesättigten Omega-3-Fettsäuren erbringt, was eine zusätzliche Einnahmequelle für alle bietet, die den Prozess zur Biokraftstofferzeugung einsetzen. Die im Rahmen des Projekts FLEXI-GREEN FUELS erforschten Verfahren sind ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu Biokraftstoffen, die nicht mit dem Nahrungsmittelanbau oder anderen Arten der Bodennutzung konkurrieren. Das Verfahren könnte sich durch die Nutzung von Bioabfällen und die damit verbundene Wertschöpfung als ein Segen für die Forstwirtschaft, die Landwirtschaft und die Siedlungsabfallwirtschaft erweisen.
Schlüsselbegriffe
FLEXI-GREEN FUELS, Algen, erneuerbar, Biokraftstoffe, Nachhaltigkeit, Nutrazeutika
