Abwasserreinigende Mikroalgen weisen einen grünen Weg zum blauen Pigment
In der EU gibt es rund 3,2 Millionen Kilometer Kanalisationsrohre, was viermal der Strecke bis zum Mond und zurück entspricht. Die meisten dieser Rohre enden in einer Wasseraufbereitungsanlage, in der die Abwässer gereinigt werden, bevor sie wieder in die Umwelt gelangen. Mikroalgen können in diesem Prozess eine Schlüsselrolle übernehmen, indem sie unerwünschte Schadstoffe aus dem Abwasser entfernen, bevor sie zur Verwendung als Brennstoff oder Düngemittel geerntet oder zur Gewinnung wertvoller Verbindungen verarbeitet werden. „Spirulina kann eine breite Palette von Nähr- und Schadstoffen aus dem Abwasser verarbeiten und entfernen, darunter Nitrat, Phosphat und sogar Schwermetalle“, erklärt Projektkoordinator Stijn Van Hulle vom Laboratory for Industrial Water Treatment and Ecotechnology der Universität Gent. „Dabei werden hochwertige Produkte wie Phycocyanin, ein blaues Pigment, hergestellt.“ Die Ernte und Trocknung von Mikroalgenbiomasse ist jedoch kostspielig, woraus sich Einschränkungen für die Praxis ergeben. Das Team des Projekts WWTBP-by-Microalgae, das mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchgeführt wurde, hatte zum Ziel, den Prozess der Ernte zu valorisieren und verbesserte Ernteverfahren zu entwickeln.
Innovative Erntemethoden
Marie-Skłodowska-Curie-Stipendiat Bahram Barati konzentrierte sich darauf, die Wachstumsbedingungen für die Mikroalgen zu optimieren und dabei gleichzeitig deren Schadstoffaufnahme und Phycocyanin-Produktion zu steigern. Um die technischen Herausforderungen bei der Mikroalgenernte zu bewältigen, führte er einen zweistufigen Behandlungsprozess ein. „Die Ernte ist ein Prozess mit hohem Energiebedarf und eine der wichtigsten Herausforderungen, die wir meistern müssen, wenn wir ein Anbausystem schaffen wollen, das sowohl energieeffizient als auch umweltfreundlich ist“, sagt er. In Zusammenarbeit mit Van Hulle entwickelte er ein neues Verkapselungsverfahren für Synechococcus, ein in der Meeresumwelt weit verbreitetes photosynthetisches Bakterium. Die beiden haben auch eine innovative, energiesparende Methode zur Ernte von Spirulina entwickelt, die auf der Elektrokoagulationsfiltration beruht. Sie erleichtert den Ernteprozess erheblich und sorgt dafür, dass er im Vergleich zu den üblichen Verfahren effizienter und weniger energieaufwändig abläuft.
Rotes Licht, grüne Technik
Der Weg in die Zukunft ist jedoch nicht ohne Herausforderungen. Die kalten Winter Europas können das Wachstum ausgewählter Mikroalgenstämme beeinträchtigen, weshalb das Projektteam gegenwärtig andere Stämme auf ihre Effizienz bei niedrigen Temperaturen testet. Andere potenzielle Einschränkungen betreffen die Skalierbarkeit, mit Faktoren wie Kosten, öffentliche Wahrnehmung und Verordnungen in Bezug auf den Einsatz von Mikroalgenprodukten aus der Abwasserbehandlung in Sektoren wie Pharmazeutika, Kosmetika, Lebensmittel und Nahrungsergänzungsmittel. Dennoch hebt Barati die praktischen Anwendungen in Industriezweigen wie den Brauereien und der Lebensmittelverarbeitung hervor. „In diesen Sektoren könnten mit unserem Verfahren CO2 abgeschieden, Wasser aufbereitet und hochwertige Produkte geliefert werden.“ Das Projekt hat bisher vielversprechende Ergebnisse erbracht, insbesondere bei der Optimierung des Wachstums von Spirulina. „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass rotes Licht die höchste Biomasse- und Pigmentproduktivität ergibt“, bemerkt Barati. Zudem demonstriert das Projektteam die Wirksamkeit bei der Behandlung von Brauereiabwässern. In Zukunft wird sich das Team auf die Entwicklung eines fortgeschrittenen sensorischen Systems zur Optimierung der CO2-Konzentration während des Prozesses konzentrieren, wodurch wiederum die Biomasseproduktivität maximiert werden würde. Erprobt werden auch thermochemische Umwandlungsverfahren wie die hydrothermale Karbonisierung und die hydrothermale Verflüssigung, um die Umwandlung von Gärrückständen in hochwertige Produkte wie Biokohle und Bio-Rohöl zu ermöglichen. Das Team von WWTBP-by-Microalgae wird bis September 2024 die Optionen für die Markteinführung seines Verfahrens und Produkts untersuchen. „Wir beabsichtigen, einen gründlichen und gut durchdachten Geschäftsplan zu entwickeln“, fügt Barati hinzu. „Dazu zählen Marktforschung, rechtlicher Schutz, die Einhaltung von Vorschriften, die Entwicklung eines Geschäftsmodells, die Sicherung der Finanzierung und die Ausarbeitung eines Marketingplans.“
Schlüsselbegriffe
WWTBP-by-Microalgae, Mikroalgen, Abwasserbehandlung, Phycocyanin, Spirulina
