Wirtschaftliche Nutzung von Algen

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Edwina Fuchs
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1 Wirtschaftliche Nutzung von Algen Malte Kock Fachgebiet I 2.3 Erneuerbare Energien

2 Was sind Algen? Algen enthalten Chlorophyll und zusätzlich Farbpigmente betreiben Photosynthese, stellen Sauerstoff her und binden das Treibhausgas CO 2 ca. jedes zweite Sauerstoffmolekül in der Atmosphäre ist von Algen gebildet Algen dienen als Nahrungsquelle für tierisches Plankton, Krebse und Fische Es gibt ca Algenarten

3 Futtermittel Tierfutter Fischfutter Aquakulturen

4 Nahrungsmittel Sushi Gemüse Nahrungsergänzungsmittel Emulgatoren Getränke

5 Kosmetik / Pharmazie Extrakte aus Algen Algenhydolysate

6 Weitere Nutzungsarten Agar (Verdickungsmittel) Alginat (Biomedizintechnik) Dünger für Reispflanzen Dämmschaum (Kohlenstofffixierung) Zellulose (Papierindustrie)

7 wachsende Rolle erneuerbarer C-Quellen für die Energie- und Stoffproduktion Biomasse ist (zusammen mit CO 2 ) die einzige erneuerbare C- Quelle Erfordernis einer hohen Ressourceneffizienz infolge konkurrierender Ansprüche der Biomassenutzung Bioraffinerien Folie 7

8 Mikroalgen vs. Landpflanzen Biomasseproduktion ist um 5-10-fache erhöht Algen benötigen nur CO 2, Licht und anorganische Nährstoffe Im Vergleich zu Pflanzen geringer Wasserbedarf Algenbiomasse ist frei von Lignin / Zellulose Die Zusammensetzung lässt sich durch gezielte Kultivierungsbedingungen steuern Höherer Wirkungsgrad der Umwandlung von Sonnenenergie zu chemischer gebundener

9 Mikroalgen Mikroorganismen die Photosynthese betreiben Grünalgen: entsprechen im wesentlichen pflanzlichen Zellen Blaualgen: gehören zu den Bakterien (Cyanobakterien) Rotalgen: enthalten zusätzliche Farbpigmente Kieselalgen: besitzen eine Silizium-Dioxid-Zellmembran

10 Faktoren der Kultivierung Lichtversorgung / Durchmischung ph-wert Temperatur CO 2 -Verfügbarkeit Kultivierungstechniken Offene Systeme Open Ponds Geschlossenen Systeme Rohrbioreaktoren Plattenbioreaktoren

11 Open Ponds Seambiotic IGV Biotech

12 Röhrenreaktor IGV Biotech

13 Plattenbioreaktoren SSC GmbH ecoduna

14 Vergleich der Kultivierungssysteme Open Ponds Röhrenreaktor Plattenbioreaktoren Verkeimungsgefahr hoch gering gering Volumetrische Produktivität niedrig mittel / hoch hoch Zelldichten Energieeintrag Investitionskosten sehr niedrig mittel / hoch hoch niedrig hoch Niedrig niedrig hoch mittel

15 Inhaltsstoffe Proteine Kohlenhydrate Lipide / Fette Wertstoffe

16 Elemente der Bioraffinerie Folie 16

17 Bioraffenerieprodukte ( Auswahl)

18 Proteine Hoher Gehalt bis 50% des Trockengewichts in wachsenden Algen Alle 20 Aminosäuren Proteinhydrolysate Futtermittel Kleber in der Holzindustrie (Vermeidung von Formaldehyd-Emissionen Schaumbildung in Löschschaum Biologisch Abbaubare Folien Nährsubstrat für die Biotechnologie (N-Quelle)

19 Kohlehydrate (Zucker) Speicherprodukte: z.b. Glucane, Furane Geringer Cellulose Gehalt, kein Ligningehalt Einsatz in der Biotechnologie Basischemikalien für die Industrie Ethanolfermentation Chemischen Industrie Milchsäurefermentation Polymeren Bernsteinsäurefermentation Polymere

20 Lipide (Fette) Speicherluipide: v.a. Triglyceride, bis 50% Trockensubstanz, liegen als Öltröpfchen vor Membranlipide Nutzung Öle / Schmierstoffe Omega-3-Fettsäuren Lebens- und Futtermittel Kosmetische Industrie

21 Wertstoffe Mehr als Inhaltsstoffe sind beschrieben Nahezu alle Vitamine Carotinoide Farbstoffe / Pigmente Enzyme Antibiotika, antiinflammatore, antivirale, antitumorale Verbindungen Hoher (8-11%) bioverfügbarer Mineralstoffgehalt Medizinische Wirkstoffe

22 Energieträger Biomethan Biochemisch oder thermisch Biodiesel Umesterung der Lipidfraktion Bioethanol Ethanolfermentation Direkte Wasserstoffproduktion Schwefellimitierung Direkte Ethanolproduktion Gentechnische Veränderung

23 Energetische Nutzung sinnvoll? Wirtschaftliche energetische Nutzung nur bei vorheriger Nutzung von Wertstoffen Energetische Reststoffnutzung kaum Marktpotential, da Nutzung als Futtermittel in Aquakulturen wirtschaftlicher PV und Wind liefern einen größeren energetischen Ertrag pro Fläche im Vergleich zu Algenbiomasse

24 Wirtschaftlichkeit Aufgrund der hohen Anlagenkosten ist allein die Produktion hochpreisiger Wertstoffe wirtschaftlich Verwertung aller Rohstoffkomponenten als optimaler ökonomischer und ökologischer Nutzen Fall- und Anlagenspezifisch Einschätzungen Massenproduktion von Basischemikalien für die chem. Industrie > t/a wirtschaftlich

25 Biomasseraffineriekonzepte

26 Wirtschaftlichkeit Die werthaltigsten Stoffe bestimmen die Aufbereitungstechnik und die Kultivierungsbedingungen und die Auswahl der Mikroorganismen Arten Wie trennt man die werthaltigsten Stoff ab, so dass der Rest für weitere hochwertige Nutzung geeignet bleibt Herstellungskosten müssen um den Faktor 10 reduziert werden

27 Schwierigkeiten Vorhandene Datenlage ist unzureichend Verfügbare Algenbiomasse ist begrenzt Produktion in homogener und gleichbleibender Qualität notwendig Verbesserung der Technologiereife Es besteht Forschungsbedarf in allen Teilprozessen der Algenbioraffinerie

28 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Malte Kock

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