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Letzte Änderung: 26.08.2010
In der energie- und klimapolitischen Diskussion nimmt der Einsatz nachwachsender Rohstoffe eine wichtige Stellung ein, denn Biomasse stellt die einzige alternative Kohlenstoffquelle zu fossilen Rohstoffen für die Erzeugung chemischer und pharmazeutischer Produkte dar. Neben den terrestrischen (Land-) Pflanzen nutzen auch Algen das Sonnenlicht als Energiequelle. Sie sind eine der wichtigsten Primärproduzenten der Erde. Es ist daher naheliegend, das biosynthetische Potenzial von Mikro- und Makroalgen als Wertstoffproduzent und Energieträger zu nutzen und ihre ökonomischen und ökobilanzseitige Leistungsfähigkeit zu beurteilen. Besonders intensive Erforschung im marinen (Meeres-) Bereich erfährt die Nutzung von Mikroalgen. Mikroalgen sind frei im Wasser schwebende einzellige Algen (Phytoplankton), die sowohl im Süßwasser als auch im Meer vorkommen. Sie gelten als Rohstoffe der Zukunft und als gigantische genetische Ressource. Mit geschätzten 400.000 Arten halten Algen einen großen Anteil an der globalen Biodiversität. Sie verfügen über extrem hohe Wachstumsraten, was für die Gewinnung von Biomasse von Interesse ist und fixieren dabei Kohlendioxid, was von Klimarelevanz sein könnte. Unter Stress, wie dem Entzug wichtiger Nährstoffe, produzieren einige Arten klimaneutralen Wasserstoff.
Mikroalgen haben im Vergleich zu Landpflanzen als nachwachsende Rohstoffe eine Reihe von Vorteilen. Sie liefern eine höhere Produktausbeute bezogen auf Fläche und Zeit, es fällt bei ihrer Kultivierung kein Abfall wie Wurzeln oder Stämme an und Mikroalgen stehen nicht im Wettbewerb mit landwirtschaftlicher Anbaufläche, da sie in Bioreaktoren kultiviert werden. Vergleicht man die Erträge von Mikroalgen mit denen von z.B. Raps, so kann man mit Raps nur 3-4 Tonnen Trockensubstanz pro Hektar und Jahr erzeugen, während man bei Mikroalgen auf 30 bis 200 Tonnen kommt. Raps bindet dabei auch nur 6,7 Tonnen Kohlendioxid, während Mikroalgen bis zu 380 Tonnen binden. Problematisch ist hier jedoch, dass nur einige Mikroalgenarten solche hohen Erträge zeigen und das dies nicht unbedingt die Arten sind, die man schon kultivieren kann. Hauptproblem beim Einsatz von Algen auf terrestrischen Flächen (unabhängig vom Zweck – Produktion von Nachwachsenden Rohstoffen oder CO2-Bindung) sind die zurzeit hohen Kosten und der hohe Flächenverbrauch (der aber geringer ist als bei Agrarpflanzen) sowie weitere Faktoren, insbesondere saisonale Produktionsschwankungen. Gegenwärtig fehlen großtechnische Verfahren. Anlagen im Bereich von 1 ha sind technisch möglich. Fördergelder von der Europäischen Union gibt es für Anlagen im 5 ha Bereich Einer massenhaften Züchtung im Meer stehen hingegen neben technischen Problemen möglicherweise negative Auswirkungen auf die Meeresumwelt entgegen. Aber auch landbasierte Zuchtanlagen haben Umweltrisiken. Sie verbrauchen viel Fläche und Wasser und die Algen müssen gedüngt werden, um ein optimales Wachstum zu zeigen. Die Düngung ist nur nachhaltig, wenn hier Abwasser genutzt werden kann. Darüber hinaus werden oft gentechnisch veränderte Algenstämme eingesetzt und es kann selbst in geschlossenen Systemen nicht immer verhindert werden, dass die Algen in die Umwelt gelangen.
Die landbasierte Produktion von Mikroalgen findet aktuell insbesondere für die Produktion von hochwertigen Produkten (Nahrungsergänzungsmittel, Medizin, Kosmetik) statt. Eine alleinige Produktion von Mikroalgen als Bioenergie ist derzeit aufgrund der niedrigen Energiepreise noch nicht wirtschaftlich. Obgleich die Mikroalgenkultivierung erst einige Jahrzehnte alt ist, werden weltweit bereits 8000 t Mikroalgen pro Jahr erzeugt, mit denen ein Absatz von ca. 6,1 Mrd. US$ erzielt wird. Die Mikroalgenproduktion ist gegenwärtig vor allem in Asien eine etablierte Industrie. Hier kommen Mikroalgen auch in integrierten Aquakulturen zum Einsatz und gewährleisten ein Nährstoffrecycling.
Diese Zusammenstellung soll kurz den Stand der Algenforschung widerspiegeln und Perspektiven, aber auch Grenzen aufzeigen.
Kultur der einzelligen Grünalge Chlorella (Foto: Bioprodukte
Prof. Steinberg Produktions- und Vertriebs GmbH & Co KG) Die bestimmende Frage angesichts des fortschreitenden Klimawandels ist, was auf Kohle und Öl folgen und gleichzeitig das Klima retten könnte. Die Sonne scheint als Energielieferant besonders zur Lösung der Probleme in Frage zu kommen. Ihre Kraft lässt Pflanzen wachsen, den Wind wehen. Sie treibt die großen wetterbestimmenden Meeresströmungen an. Im Kreislauf organischer Materie spielen Mikroalgen eine herausragende Rolle. Jedes weitere Leben hängt von ihnen ab, stehen sie doch immer an erster Stelle in den Nahrungsketten. Jedes zweite Sauerstoffmolekül, welches wir einatmen, wurde von Algen produziert.
Besonders in der Energieversorgung wird ein höherer Anteil von Biomasse als Energiequelle propagiert. Forscherinnen und Forscher vermuten, dass die Überlebensstrategien von Algen die Antworten auf etliche Menschheitsprobleme sind. Sie sind die ältesten Pflanzen unseres Planeten, doch der Mensch begann erst vor 250 Jahren, sie zu kultivieren.
40.000 Arten sind bereits entdeckt, insgesamt nimmt man die Existenz von 400.000 Arten an. Die Züchtung dieser Algen in autarken Systemen, wie Photobioreaktoren, erlauben eine Kultivierung auf Flächen, die ansonsten landwirtschaftlich nicht nutzbar sind. Damit entfällt eine potenzielle Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion. Zusätzlich verbrauchen sie wesentlich weniger Wasser als andere Nutzpflanzen. Mikroalgen besitzen im Vergleich zu anderen nachwachsenden Rohstoffen eine besonders hohe Produktivität bezogen auf die Fläche, bspw. 4-mal höher als die von Mais. Sie können das ganze Jahr über wachsen, während höhere Pflanzen saisonal Ruhezeiten haben. Somit kann man unter gleichbleibenden Umweltbedingungen mit Mikroalgen ein kontinuierliches Wachstum erreichen. Viele Arten sind in der Lage, von phototrophem (Ernährung über Photosynthese) zu heterotrophem Wachstum zu wechseln. Heterotroph sind sie für ihre Ernährung auf Glukose oder andere nutzbare Kohlenstoffquellen angewiesen. Einige Algen können auch mixotroph wachsen, das heißt, sie ernähren sich sowohl über Photosynthese als auch über nicht selbst synthetisierten Kohlenstoff.
Die meistgenutzten Klassen sind Cyanophyceae (Blau- und Grünalgen), Chlorophyceae (Grünalgen), Bacillariophyceae (Diatomeen) und Chrysophyceae (Goldalgen). Mikroalgen werden bspw. als Futtermittel in der Aquakultur, in der Pharmazeutik, der Kosmetik, als Nahrungsergänzungs- oder auch Düngemittel eingesetzt. Die domierenden Gattungen in der kommerziellen Produktion sind Isochrysis (goldbrauner Flagellat Prymnesiophyceae), Chaetoceros (Kieselalge), Chlorella (einzellige Grünalge - Süßwasser), Arthrospira (Spirulina – Cyanobakterien (Blaualge)) und Dunaliella (einzellige Grünalge - Salzwasser).
Aber Mikroalgen können noch mehr: Getrocknet und gemahlen können sie als Schwermetallfilter dienen. Verglichen mit Aktivkohle säubern sie das Wasser nicht nur gründlicher, sondern können auch bis zu 10-mal wieder verwendet werden. Heilpraktiker verschreiben sie zur Schwermetallausleitung bei Amalgambelastung. Um auf dicht bewachsenen Felsgründen überleben zu können, produzieren Algen Stoffe, mit denen sie sich gegen den Befall von Bakterien und Viren zur Wehr setzen. Aus den Abwehrstoffen könnten zukünftig Antifouling-Anstriche und neue Medikamente hergestellt werden. Auch die Nutzung zu bioenergetischen Zwecken (Biodiesel, Biomethan, Biowasserstoff) oder die kombinierte Anwendung der Fixierung von Kohlendioxid im Verbund mit der Herstellung von Biokraftstoffen sind derzeit noch im Forschungsstadium begriffen. 60 – 70 sowohl private als auch öffentliche Forschungsgruppen sind momentan aktiv, die Projekte befinden sich aber durchweg noch in der Pilotphase. Die Aufzucht erfolgte bislang fast ausschließlich in offenen Teichen, die Forschung konzentriert sich aber zunehmend auf Tanks oder geschlossene Systeme (Photobioreaktoren). Hierbei bestehen die Algenkulturen aus einem oder mehreren spezifischen Stämmen, aus denen man das gewünschte Produkt herstellt. Wasser, wichtige Nährstoffe und Kohlendioxid werden kontrolliert zugeführt, während Sauerstoff entzogen wird. Sonnenlicht erhalten sie direkt durch die transparenten Wände oder mittels dünner hocheffizienter Kabel, die das Licht kanalisieren.
Die größte Herausforderung für jegliche Kommerzialisierungsversuche stellen die hohen Produktionskosten dar. Offene Systeme tragen hingegen das Risiko der Verunreinigung mit Bakterien oder anderen unerwünschten Mikroorganismen. Die Hälterung in offenen Systemen oder im Gewässer bedingt auch immer das Risiko einer Verschmutzung unserer Küsten- und Meeresgewässer z.B. durch die nicht von den Algen genutzten Nährstoffe und ihre Exsudate (Absonderungen). Zurzeit wird jedoch untersucht, ob diese Exudate ein wirtschaftliches Potenzial besitzen. Problematisch ist, dass viele Arten von Mikroalgen sich bislang gar nicht kultivieren lassen. Das größte öffentliche Interesse besteht momentan an den Aspekten CO2-Fixierung, Herstellung von Biomasse zu Kraftstoffzwecken und Wasserstoffgewinnung.
Pilotanlage Allermöher Deich in Reitbrook, Hamburg.
(Foto: Dieter Hanelt) Stichwort Emissionshandel: Wer durch umweltfreundliche Technologien Kohlendioxid einspart, kann überflüssige Verschmutzungszertifikate verkaufen. Das erklärt das große Interesse an der CO2-Fixierung - Mikroalgen sollen das CO2 aus Kraftwerke als Kohlenstofflieferant nutzen. Aufgeflammt ist diese Diskussion durch den Bau der Pilotanlage Allermöher Deich in Reitbrook, Hamburg. Zusammen mit dem Energie-Konzern E.ON Hanse, der Universität Hamburg und dem Forschungsprojekt TERM (Technologie zur Erschließung der Ressource Mikroalge), wird sie von der Stadt finanziert. Dort soll aus CO2 aus einem Kraftwerk Biomasse produziert werden. Erklärtes Ziel der Pilotanlage ist es laut Betreiber SSC (Strategic Science Consult GmbH), neue Lösungsansätze für eine Effizienzsteigerung weiterzuentwickeln und zu testen, Basistechnologien auf einen großtechnischen Maßstab zu bringen und die Kopplung einer Mikroalgenproduktionsanlage mit einem Kraftwerk verfahrenstechnisch zu optimieren. Zum Einsatz kommen Photobioreaktoren, in denen Mikroalgen wie die Art Chlorella vulgaris Stamm Hamburgensis kultiviert werden. Eine Herausforderung bleibt bei dieser Technologieentwicklung die Nutzung von Rauchgasen wie sie bei der Verbrennung von Kohle, Sondermüll oder Biomasse anfallen, da diese Gase nur 10-15% CO2 enthalten.
Die Idee: das CO2 aus einem gewöhnlichen Kohle- oder Gaskraftwerk wird in einen Reaktor mit Mikroalgen geleitet. Die Algen setzen das eingeleitete CO2, mit Sonnenlicht und Wasser letztlich in organische Substanzen und Sauerstoff um. Die Algen vermehren sich – Biomasse entsteht. Das CO2, das normalerweise direkt in die Atmosphäre gelangt, wird also in Form von Biomasse zwischenzeitlich gebunden und industriell weiterverarbeitet. Eine Anlage mit 1ha Algenreaktorfläche könnte laut Aussage der Projektträger bis zu 280 Tonnen CO2 pro Jahr binden. Zum Vergleich: In Klötze in Sachsen-Anhalt steht seit 2000 eine ähnliche Anlage, die bereits eine Fläche von 1,2 Hektar mit einem nutzbaren Volumen von 600.000 Liter aufweist (http://www.algomed.de). Bis zu 130 Tonnen Chlorella vulgaris (eine Süßwasseralge) werden hier pro Jahr produziert und zu Nahrungsergänzungsmitteln und Kosmetika verarbeitet. Unter optimalen Lichtverhältnissen könnte die Anlage 260 Tonnen CO2 pro Jahr fixieren, aber die klimatischen Gegebenheiten in Deutschland sind in Bezug auf Strahlungsdauer und Temperaturverlauf im Jahrgang für viele Mikroalgen nicht optimal und die Produktion muss deshalb in den Wintermonaten eingestellt werden. Deshalb wird zurzeit daran geforscht, Schneealgen mit einem deutlich geringen Temperatur- und Lichtbedarf in den Wintermonaten einzusetzen.
Algenzuchtanlage für Lebensmittelzwecke in Klötze
(Foto: Bioprodukte Prof. Steinberg Produktions- und
Vertriebs GmbH & Co KG)In jedem Fall wird klar, in welchen Dimensionen man denken müsste, um von einer signifikanten Bindung von Kohlendioxid sprechen zu können. Kohlekraftwerke in Deutschland stoßen je nach Größe zwei bis 27 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr aus. Ein vergleichsweise kleines etwa 500-Megawatt-Kohlkraftwerk verbraucht am Tag etwa 3.000 Tonnen Kohle. Man bräuchte 6.000 Tonnen Algenproduktion pro Tag, um die dabei entstehende Menge CO2 zu binden. Allein um den täglichen Ausstoß eines Kohlekraftwerkes umzuwandeln, würde selbst eine mehrere 100 Hektar große Anlage nicht genügen. Im Prinzip könnte man die autark arbeitenden Anlagen in Wüsten oder stillgelegten Flächen aufstellen, dass würde allerdings hohe Investitionskosten verursachen. Der laufende Betrieb erfordert unter anderem hohen personellen Einsatz. Wenn die Kulturen wachsen, werden sie sehr dicht, wachsen dann weitaus langsamer und beschatten sich selbst. Entweder hält man die Kulturen durch kontinuierliches Abernten z.B. über Sedimentationstrichter und Zentrifugen dünn oder man setzt sie durch eine Airliftverfahren nur kurzzeitig der maximalen Sonnenstrahlung aus und vermeidet damit eine Lichthemmung (Photoinhibition). Dabei müssen Pumpen zur Durchmischung der Kulturen eingesetzt, auf eine ideale Nährstoffzugabe geachtet, ideale Strömungsgeschwindigkeiten eingehalten und ein Anheften an Oberflächen verhindert werden. Durch diese und weitere Faktoren wie saisonale Produktionsschwankungen und bislang fehlende großtechnische Verfahren kommt es zurzeit noch zu keiner positiven Energiebilanz, da mehr Energie hineingesteckt werden muss, als sich gewinnen lässt. Während die vollständige CO2-Entfernung aus den Kraftwerken daher utopisch erscheint, würde aber das CO2 aus Kraftwerken kostenfrei genutzt werden können, um Algenbiomasse zur weiteren Wertstoffproduktion zu gewinnen (siehe unten).
Die Kosten für die Kultivierung von Algen zum Zwecke der vollständigen CO2-Filterung aus Kraftwerken sind zum jetzigen Zeitpunkt extrem hoch. Es ist derzeit schwierig, Stellen im Produktionsablauf zu identifizieren, wo signifikant Kosten eingespart werden könnten. Auch können Erträge nicht ohne deutlich höhere Kosten gesteigert werden. In absehbarer Zukunft sind keine durchschlagenden Entwicklungen zu erwarten. Eine teilweise, kostenfreie Nutzung der CO2-Emission aus Kraftwerken erscheint im Gegensatz sinnvoll zu sein.
Algenzuchtanlage
für Lebensmittelzwecke in
Klötze (Foto: Bioprodukte Prof. Steinberg
Produktions- und Vertriebs GmbH & Co KG) Als gespeicherte Sonnenenergie hat sich Biodiesel seit 1988 schon zu einer bedeutenden Alternative zu fossilen Brennstoffen entwickelt. Auch hier ist die landwirtschaftlich Fläche zu einem limitierenden Faktor für den Anbau höherer Pflanzen (Raps, Palmöl) geworden. Die Debatte „Tanker gegen Teller“ zerstörte das Ökoimage dieser sogenannten „ersten Generation“ von Biodieselpflanzen. Ernteabfälle gehören zur „zweiten Generation“, sind aber chemisch schwer zu verwerten. Die „dritte Generation“ schließlich sind gezüchtete Pflanzen, die dem Ackerbau keine Flächen wegnehmen. Mikroalgen gehören dazu. Einige Mikroalgenarten eignen sich für die Herstellung von Biodiesel, da sie hohe Ölgehalte von 20-40% aufweisen. Gegenwärtig stehen ca. 10 Stämme von Mikroalgen (z.B. Prymnesium parvum, Scenedesmus dimorphus) für eine Nutzung zur Ölgewinnung in der Prüfung. Die einzelligen Grünalgen der Gattung Chlorella würde sich z.B. zur Biodieselproduktion eignen, allerdings müssen laut Bundes-Algen-Stammtisch die Ölgehalte noch optimiert werden. Doch da liegt das Problem: Hohe Wachstumsraten korrelieren nicht mit hohen Ölproduktionsraten. Laut erstem Hauptsatz der Thermodynamik wird die aufgenommene Energie in Zellwachstum oder Speicherung (Einlagerung) gesteckt. Öl bildet sich in der stationären Phase bei Nährstoffmangel - unter Stressbedingungen wird die Energie also gespeichert. Die Algen mit den hohen Wachstumsraten können somit nicht die sein, die einen hohen Ölgehalt aufweisen, den man für potenzielle Biodieselherstellung braucht. Man müsste daher eine Algenkultur mit einer schon vorher hohen Algendichte melken, um das Öl aus der Kultur zu gewinnen, ohne die Algen dabei zu zerstören. An diesen sogenannten Milking-Verfahren wird zur Zeit intensiv in Hamburg geforscht. Im Moment sieht es nicht danach aus, als ob die Biodieselproduktion aus Algenbiomasse bald schon wirtschaftlich sein könnte. Ein weiteres gravierendes Problem: Die Ernte. Die Mikroalgen sind so klein, dass sie in den wassergefüllten Panels frei umherschweben und sich nicht absetzen. Deshalb müssen sie gefiltert oder zentrifugiert werden. Zudem kann man nur trockene Biomasse weiter verwerten, die Herstellung des Trockengranulats benötigt zusätzliche Energie. Die Ausbeute liegt noch bei 2 Gramm Trockensubstanz pro Liter – es müssen zurzeit also 500 Liter Wasser gefiltert werden, um ein Kilo Trockensubstanz zu erhalten.
Derzeit ist der Ansatz, Biosprit aus Mikroalgen herzustellen, noch sehr risikoreich, obwohl in dieses Thema viel investiert wird. In den verfügbaren Informationen wird auch bei weiterer Optimierung von einem Literpreis Biodiesel von 50 Euro ausgegangen. Eine aktuelle Studie kommt zu dem Schluss, dass eine ökonomisch überlebensfähige Mikroalgenproduktion bisher nicht möglich ist. Der Grund hierfür liegt zum einen darin, dass die existierenden Pilotanlagen noch zu klein sind und zum anderen darin, dass noch nicht genug Zeit zur Verfügung stand, um die Systeme entsprechend zu optimieren. Ob die Biodieselproduktion in Zukunft rentabel wird hängt zudem auch von der Entwicklung des Ölpreises, der Preisentwicklung im CO2-Emmissionshandel und der Entwicklung der Nachfrage nach Nahrungsmitteln und Treibstoff ab.
Noch nicht ausgereift, aber vielversprechend ist die photobiologische Wasserstoffproduktion anderer einzelliger Grünalgen (Chlamydomonas reinhardtii). Dabei produzieren photosynthetisch aktive Mikroorganismen aus Sonnenlicht und Wasser kostengünstig reines Wasserstoffgas.Im Projekt “Biowasserstoffproduktion in Mikroalgen” (Institut für Biochemie und Biotechnologie der Pflanzen der Universität Münster, Max-Planck Institut für Molekulare Pflanzenbiologie in Golm, Uni Karlsruhe, Uni Bielefeld), aber auch an der Ruhruniversität Bochum wollen Wissenschaftler einenindustrietauglichen Prozess entwickeln, der Wasserstoff als Energieträger ohne negative Folgen für die Umwelt liefert. Wasserstoff gilt, da klimaneutral, als besonders umweltfreundlich. Er kann allerdings nur dann als sauberer Energieträger bezeichnet werden, wenn er regenerativ erzeugt wird. Bisher wird Wasserstoff vor allem aus Kohle, Erdöl und Erdgas gewonnen. Bei der Absonderung von Wasserstoff durch Algen handelt es sich hingegen um eine besonders hochwertige und saubere Energie, mit der Verbrennungsmotoren angetrieben, aber auch Strom mithilfe von Brennstoffzellen erzeugt werden kann.
Einige einzellige Grünalgen, die normalerweise oxygene Photosynthese (Photosynthese mit den Ausgangsstoffen Wasser und CO2, bei der Sauerstoff freigesetzt wird) durchführen sind unter bestimmten Bedingungen in der Lage bei Bestrahlung mit Sonnenlicht Wasserstoff herzustellen. Diese Bedingungen sind bei Stresssituationen gegeben, wenn Sauerstoff fehlt oder eine Anpassung an Schwefelmangel nötig ist. Damit sind solche Grünalgen einzigartig unter den Eukaryoten (Lebewesen, die Zellkern, Membran und mehrere Chromosomen besitzen). Wegen der extremen Sauerstofflabilität der Algen-Hydrogenasen (Enzyme) ist die Senkung des Sauerstoffgehalts im Medium bzw. in den Zellen von besonderer Bedeutung für den Wasserstoff-Stoffwechsel. In dem mehr Sauerstoff konsumiert als erzeugt wird, sinkt die Sauerstoffkonzentration in der Kultur, sie wird anaerob. Das ist die Voraussetzung für die Bildung aktiver Hydrogenasen (Enzyme). Nachdem der Sauerstoffgehalt der Grünalgenkultur stark zurückgegangen ist, kann eine nahezu linear ansteigende Wasserstoffbildungsaktivität beobachtet werden, die für mindestens 10-14 Tage anhält.
Der Entzug des Nährstoffes Schwefel bewirkt eine Anpassungsstrategie des Zellstoffwechsels, die in einer lichtabhängigen Produktion von nahezu reinem Wasserstoff resultiert. Der produzierte Wasserstoff ist dabei ein reines Abfallprodukt, das entsorgt wird, um überschüssige Energie, die für die Algen gefährlich werden könnte, abzubauen. Die Enzyme haben extrem hohe Umsatzraten: ein Molekül Hydrogenase produziert 5.000 Moleküle Wasserstoff pro Sekunde. Der Ansatz der photobiologischen Wasserstoffgewinnung bietet gegenüber den bisher üblichen Herstellungstechniken von Wasserstoff Vorteile. Die Prozesse laufen bei normaler Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck ab, woraus eine einfache Apparatetechnik und geringe Anlagenkosten resultieren; das Substrat (hauptsächlich Wasser) ist sehr billig und kann regeneriert werden. Als Energiequelle steht Sonnenlicht fast unbegrenzt zur Verfügung. Vor allem wird Wasserstoff erzeugt, der gegenüber dem Wasserstoff aus Vergasungsverfahren deutlich weniger unerwünschte Begleitstoffe wie z.B. Schwefelwasserstoff (H2S), Alkalien oder Staub enthält. Der gesamte erzeugte Wasserstoff wird CO2-frei erstellt – es wird nur die Menge an CO2 freigesetzt, die vorher beim Wachstum der Algen fixiert wurde.
Je nachdem, welche Qualität der photobiologisch hergestellte Wasserstoff letztlich besitzt, sind neben der energetischen Nutzung auch andere Verwertungsoptionen zu prüfen, die gegebenenfalls die Realisierung höherer Erlöse und die Erschließung neuer Marktpotenziale eröffnen.
Bei herkömmlichen Grünalgen werden allerdings nur 0,1 Prozent der einfallenden “Lichtteilchen” zu Wasserstoffmolekülen umgesetzt, aus ökonomischer Sicht noch zu wenig. Wenn man es schafft, die Rate um den Faktor 50 zu steigern, wird es kommerziell interessant. Um die Wasserstoffproduktion zu erhöhen, werden verschiedene Ansätze verfolgt:
Die genetische Veränderung hat bei der Zuchtlinie der Chlamydomonas reinhardtii bereits eine Versechsfachung der Wasserstoffproduktion bewirkt. Doch auch sie ist noch weit von gewünschten Werten entfernt. Deshalb wird nach weiteren, noch unbekannten, Algenlinien geforscht. Ein weiterer Ansatz besteht in der Verbesserung der Fermenteranlagen, jenen Wassertanks, in denen die Algen unter definierten Wachstumsbedingungen den gewünschten Wasserstoff produzieren. Entscheidend ist hierbei die Beleuchtung: Damit sie Wasserstoff produzieren, müssen die Algen auch im Inneren des Tanks beleuchtet werden, dass erfolgt bislang künstlich, d.h. unter Verbrauch von Energie. Damit die Energiebilanz positiv wird, sollen „Außen“reaktoren entwickelt werden, die allein mit Sonnenlicht auskommen.
Die in der Entwicklung befindliche Produktion von Wasserstoff durch Algen scheint noch nicht ausreichend effizient zu sein. Nach heutigem Erkenntnisstand produziert ein 200-Liter-Photobioreaktor 50 Liter Wasserstoff täglich. Für den Energiebedarf eines Drei-Personen-Haushaltes braucht man allerdings 50 Kubikmeter. Mit genmanipulierter Hydrogenase aus Algenzellen scheint es im Prinzip möglich zu sein, eine erhebliche Steigerung der Ausbeute zu erreichen. Eine großtechnische Erzeugung des Turboproteins wird jedoch in frühestens 10 Jahren erwartet.
Im Vergleich zu den anderen Nutzungsmöglichkeiten scheint die Gewinnung von Wertstoffen aus Algen zurzeit noch erfolgversprechender. Sie könnten einen wichtigen Beitrag zur Ernährung und Vitaminversorgung der Menschheit beisteuern. Neben Eiweiß enthält die Süßwasseralge Chlorella bspw. Mineralien, Calcium, Magnesium, Zink, Eisen, Selen, das gesamte Spektrum der essentiellen Aminosäuren, wertvolle Fettsäuren (70 Prozent davon ungesättigt) und fast alle Vitamine. Die Gesamtheit der Inhaltsstoffe hat vielfältige gesundheitsfördernde Effekte. Die Herstellung dieser hochwertigen Produkte rechnet sich im Hinblick auf die Investitionen im Moment noch eher als die anderen Nutzungsmöglichkeiten von Algen.